Биология - ДНК-метилтрансфераза - ДНК-метилтрансферазы млекопитающих
09 февраля 2011Оглавление:
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.
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: 11936
|