Биология - ДНК-метилтрансфераза - ДНК-метилтрансферазы млекопитающих

09 февраля 2011


Оглавление:
1. ДНК-метилтрансфераза
2. ДНК-метилтрансферазы млекопитающих
3. ДНК-метилтрансферазы растений
4. ДНК-метилтрансферазы грибов



У млекопитающих обнаружены четыре активных ДНК-метилтрансферазы: DNMT1, DNMT2, DNMT3a и DNMT3b. Также обнаружен белок, структурно схожий с семейством DNMT3, но не проявляющий метилтрансферазной активности — DNMT3L.

Семейство DNMT1

ДНК-метилтрансфераза семейства DNMT1 мыши представляет собой белок с молекулярной массой 190 кДа, содержащий 1620 аминокислотных остатков. Основная активность этого фермента заключается в метилировании полуметилированных сайтов CpG. Молекула ДНК-метилтрансферазы DNMT1 значительно больше прокариотического фермента за счёт наличия N-концевого регуляторного участка, составляющего ²/3 от всей длины полипептидной цепи. Именно этот участок отвечает за «предпочтение» ферментом полуметилированных сайтов перед неметилированными. Регуляторный N-концевой участок соединён с каталитическим C-концевым при помощи Gly-Lys-повторов. Считается, что ген dnmt1 образовался путём слияния гена прокариотической ДНК-метилазы с одним или двумя генами ДНК-связывающих белков.

Белки, ассоциированные с ДНК-метилтрансферазами
ДНК-метил-
трансфераза
Ассоциированный
белок
Функция
ассоциированного белка
DNMT1 DNMT3a метилирование ДНК
de novo
DNMT3b та же
HDAC1 деацетилаза гистонов
HDAC2 та же
SUV39H1 метилтрансфераза
гистона H3
Rb опухолевый супрессор
PML-RAR онкогенный
транскрипционный фактор
DMAP1 транскрипционный
корепрессор
hSNF2H белок, задействованный
в перестройках
хроматина
PCNA фактор
репликации ДНК
MBD2 связывание с
метилированными CpG
сайтами
MBD3 та же
MeCP2 та же
HP1β белок
гетерохроматина
РНК-полимераза II РНК-полимераза II
DNMT3a DNMT1 поддерживающее
метилирование ДНК
DNMT3L репрессор транскрипции
HDAC1 деацетилаза гистонов
SUV39H1 метилтрансфераза
гистона H3
PML-RAR онкогенный
транскрипционный фактор
RP58 транскрипционный
корепрессор
HP1β белок
гетерохроматина
SUMO-1 убиквитинподобный
белок
DNMT3b DNMT1 поддерживающее
метилирование ДНК
DNMT3L репрессор транскрипции
HDAC1 деацетилаза гистонов
SUMO-1 убиквитинподобный
белок
DNMT3L DNMT3a метилирование ДНК
de novo
DNMT3b та же
HDAC1 деацетилаза гистонов
CMT3 гомолог HP1 белок
гетерохроматина

N-концевой домен содержит различные специфические последовательности, такие как сигнал ядерной локализации, цистеин-богатый Zn-связывающий мотив и специальная последовательность, направляющая метилазу в область репликации ДНК. Фермент локализуется в областях репликации ДНК в течение S-фазы клеточного цикла, а после её завершения диффундирует в нуклеоплазму. Также N-концевой домен фермента DNMT1 содержит последовательность, гомологичную репрессору транскрипции HRX, с помощью которой ДНК-метилаза in vivo способна ассоциироваться с деацетилазой гистонов.

Человеческий фермент DNMT1 принципиально не отличается от мышиного.

Фермент DNMT1 имеет несколько изоформ: соматический DNMT1, промежуточный вариант и изоформа, характерная для ооцитов. DNMT1o синтезируется и накапливается в цитоплазме ооцитов, а затем, во время раннего эмбрионального развития, транспортируется в клеточное ядро.

Фермент может проявлять аномальную метилирующую активность, в частности, метилируя CpG-пары в области петли одноцепочечной ДНК, уже содержащей метилированные сайты CpG.

Инактивация мышиного фермента DNMT1 приводит к значительному уменьшению метилирования генома и к гибели развивающихся эмбрионов на 10-11 день развития. Оставшийся уровень в 30 % и способность стволовых клеток к метилированию ретровирусной ДНК de novo обеспечиваются другими ДНК-метилтрансферазами.

Семейство DNMT2

ДНК-метилтрансфераза DNMT2 состоит из 415-ти аминокислотных остатков и не содержит N-концевого регуляторного домена. Инактивация гена dnmt2 у стволовых клеток мышей не влияло на их способности к поддержанию картины метилирования генома и к метилированию de novo. Аминокислотная последовательность фермента сходна с последовательностями коротких ДНК-метилаз растений, грибов, прокариот. В 2006 году Goll и соавт. показали, что фермент производит метилирование тРНК по цитозину-38 как in vivo, так и in vitro, и не метилирует ДНК. Чтобы отразить функцию фермента в названии, было решено переименовать его в TRDMT1.

Семейство DNMT3

ДНК-метилтрансферазы DNMT3a и DNMT3b производят метилирование полуметилированных и неметелированных сайтов CpG с одинаковой скоростью. Человеческие DNMT3a и DNMT3b содержат 908 и 859 аминокислотных остатков, соответственно; ген dnmt3b может кодировать и меньшие полипептиды вследствие альтернативного сплайсинга. Гены dnmt3a и dnmt3b активно экспрессируются в недифференцированных эмбриональных стволовых клетках, тогда как в дифференцированных клетках уровень их экспрессии очень низкий. Инактивация этих генов у мышей приводила к гибели особей, в среднем, к четырёхнедельному возрасту.

DNMT3a активнее метилирует сайты CpG, чем CpA, CpT, и CpC. DNMT3a метилирует сайты CpG намного медленнее, чем DNMT1, но быстрее, чем DNMT3b. Несмотря на то, что функции ферментов DNMT3a и DNMT3b во многом перекрываются, имеются также и различия. Так, DNMT3b отвечает за метилирование сателлитных повторов в области центромерного линкера, а мутация гена dnmt3b у человека приводит к ICF-синдрому. ICF-синдром — это редкое аутосомальное рецессивное генетическое заболевание, которое характеризуется дефектами иммунной системы и нарушением нормального строения лица. Синдром связан с нестабильностью центромерного гетерохроматина. При этом основные компоненты гетерохроматина, сателлитные участки DNA II и DNA III, оказываются недостаточно метилированы.

DNMT3L содержит DNA-метилтрансферазный мотив и является необходимым для эффекта материнского геномного импринтинга, оставаясь при этом каталитически неактивным. DNMT3L экспрессируется при гаметогенезе, когда и происходит геномный импринтинг. Отсутствие DNMT3L ведет к биаллельной экспрессии генов, для которых в норме не характерна экспрессия материнского аллеля. DNMT3L взаимодействует с DNMT3a и DNMT3b в клеточном ядре. Хотя DNMT3L неспособен проводить метилирование, белок может принимать участие в репрессии транскрипции.



Просмотров: 10200


<<< Долговременный эксперимент по эволюции E. coli