DNA-metyylitransferaasit ( DNA metylaasit, englantilainen DNA-metyylitransferaasi, DNA MTase, DNMT ) ovat ryhmä entsyymejä , jotka katalysoivat DNA : n nukleotiditähteiden metylaatiota . Metyylitransferaasien aktiivisuus, joka koostuu metyyliryhmien (CH 3 -) siirtymisestä DNA:n typpipitoiseen emässytosiiniin , johtaa DNA:n ominaisuuksien muutokseen, kun taas vastaavien geenien aktiivisuus, toiminta sekä nukleiinihapon avaruudellinen rakenne ( konformaatio ) muuttuu.
Useilla entsyymiryhmillä on DNA-metyylitransferaasiaktiivisuutta :
Kaikki tunnetut DNA-metyylitransferaasit käyttävät S-adenosyylimetioniinia metyyliryhmän luovuttajana .
Sytosiini (C5)-DNA-metyylitransferaasit katalysoivat metyyliryhmän siirtymistä S-adenosyylimetioniinista sytosiinitähteeseen , joka sijaitsee spesifisessä sekvenssissä kaksijuosteisessa DNA :ssa , jolloin muodostuu 5-metyylisytosiinia ja S - adenosyylihomokysteiiniä . Tämä reaktio on peruuttamaton. Prokaryoottisten ja eukaryoottisten DNA-metyylitransferaasien rakenteen vertailu mahdollistaa niiden liittämisen samaan entsyymiluokkaan . Kaikki nämä entsyymit ovat monomeerisia proteiineja, jotka sisältävät konservoituneita homologisia alueita ( motiiveja ), jotka vastaavat entsymaattisista toiminnoista. Useimmissa sytosiini(C5)-DNA-metyylitransferaaseissa on jopa 10 tällaista kohtaa. Niiden joukossa on 4 kohtalaisen homologista motiivia (II, III, V, VII), jotka saattavat puuttua joissakin entsyymeissä, ja 6 erittäin homologista motiivia (I, IV, VI, VIII, IX, X). Osien VIII ja IX välissä on TRD - domeeni ( kohteen tunnistava domeeni , kohteen tunnistava domeeni), jonka pituus ja aminohappokoostumus ovat vaihtelevia.
DNA:n replikaation jälkeen eukaryootti-DNA-metylaasit metyloivat sytosiinia CpG- ja CpNpG-kohdista vasta syntetisoiduissa juosteissa. Lisäksi eukaryoottiset DNA-metylaasit suorittavat metylaation ylläpitämisen. de novo DNA-metylaatio jo merkityissä kohdissa.
Nisäkkäistä on löydetty neljä aktiivista DNA-metyylitransferaasia : DNMT1, DNMT2 (TRDMT1), DNMT3a ja DNMT3b . Löytyi myös proteiini, joka oli rakenteellisesti samanlainen kuin DNMT3-perhe, mutta jolla ei ole metyylitransferaasiaktiivisuutta, DNMT3L (DNMT3:n kaltainen ).
Hiiren DNA-metyylitransferaasi-DNMT1-perhe on 190 kDa :n proteiini, joka sisältää 1620 aminohappotähdettä . Tämän entsyymin pääaktiivisuus on hemimetyloituneiden CpG-kohtien metylointi. DNA-metyylitransferaasi DNMT1-molekyyli on paljon suurempi kuin prokaryoottinen entsyymi johtuen N-terminaalisen säätelyalueen läsnäolosta, joka on 2/3 polypeptidiketjun koko pituudesta. Tämä kohta on vastuussa siitä, että entsyymi suosii hemimetyloituja kohtia metyloitumattomiin verrattuna. Säätely-N-terminaalinen alue on kytketty katalyyttiseen C-terminaaliseen alueeseen käyttämällä Gly - Lys - toistoja. Uskotaan, että dnmt1 -geeni muodostui fuusioimalla prokaryoottinen DNA-metylaasigeeni yhden tai kahden DNA:ta sitovan proteiinin geenin kanssa .
| DNA- metyylitransferaasi |
Liittynyt proteiini |
Liittynyt proteiinitoiminto |
|---|---|---|
| DNMT1 | DNMT3a | de novo DNA:n metylaatio |
| DNMT3b | sama | |
| HDAC1 | histonideasetylaasi _ | |
| HDAC2 | sama | |
| SUV39H1 | histonimetyylitransferaasi H3 (Lys9) | |
| Rb | kasvaimen suppressori | |
| PML-RAR | onkogeeninen transkriptiotekijä | |
| DMAP1 | transkription korepressori | |
| hSNF2H | proteiini, joka osallistuu kromatiinin uudelleenjärjestelyihin | |
| PCNA | DNA:n replikaatiotekijä | |
| MBD2 | sitoutuminen metyloituihin CpG - kohtiin | |
| MBD3 | sama | |
| MeCP2 | sama | |
| HP1β | heterokromatiiniproteiini _ _ | |
| RNA-polymeraasi II | RNA-polymeraasi II | |
| DNMT3a | DNMT1 | ylläpito -DNA-metylaatio |
| DNMT3L | transkription repressori | |
| HDAC1 | histonideasetylaasi _ | |
| SUV39H1 | histonimetyylitransferaasi H3 (Lys9) | |
| PML-RAR | onkogeeninen transkriptiotekijä | |
| RP58 | transkription korepressori | |
| HP1β | heterokromatiiniproteiini _ _ | |
| SUMO-1 | ubikitiinin kaltainen proteiini | |
| DNMT3b | DNMT1 | ylläpito -DNA-metylaatio |
| DNMT3L | transkription repressori | |
| HDAC1 | histonideasetylaasi _ | |
| SUMO-1 | ubikitiinin kaltainen proteiini | |
| DNMT3L | DNMT3a | de novo DNA:n metylaatio |
| DNMT3b | sama | |
| HDAC1 | histonideasetylaasi _ | |
| CMT3 | HP1-homologi | heterokromatiiniproteiini _ _ |
N-terminaalinen domeeni sisältää erilaisia spesifisiä sekvenssejä, kuten tuman lokalisaatiosignaalin ( NLS ), kysteiinirikkaan Zn:ää sitovan motiivin ja erityisen sekvenssin, joka ohjaa metylaasin DNA:n replikaatioalueelle (TRF, DNA:n replikaatiopesäkkeisiin kohdistuva proteiini). ). Entsyymi lokalisoituu DNA:n replikaation alueille solusyklin S-vaiheen aikana ja sen valmistuttua diffundoituu nukleoplasmaan . Lisäksi DNMT1-entsyymin N-terminaalinen domeeni sisältää HRX-transkription repressorin kanssa homologisen sekvenssin, jonka avulla DNA-metylaasi pystyy assosioitumaan histonideasetylaasiin in vivo .
Ihmisen DNMT1-entsyymi ei pohjimmiltaan eroa hiiren entsyymistä.
DNMT1-entsyymillä on useita isoformeja: somaattinen DNMT1, välimuunnos (DNMT1b) ja munasoluspesifinen isoformi (DNMT1o). DNMT1o syntetisoituu ja kertyy oosyyttien sytoplasmaan , ja sitten varhaisen alkionkehityksen aikana se kuljetetaan solun tumaan (somaattinen DNMT1 lokalisoituu jatkuvasti ytimeen).
Entsyymi voi osoittaa epänormaalia metylointiaktiivisuutta, erityisesti metyloimalla CpG-pareja yksijuosteisen DNA-silmukan alueella, joka sisältää jo metyloituja CpG-kohtia. .
Hiiren DNMT1-entsyymin inaktivointi johtaa merkittävään (jopa 70 %) genomin metylaation vähenemiseen ja kehittyvien alkioiden kuolemaan kehityspäivinä 10–11. Loput 30 % ja kantasolujen kyky metyloida retrovirus - DNA :ta de novo saadaan muista DNA:n metyylitransferaaseista.
DNA-metyylitransferaasi DNMT2 koostuu 415 aminohappotähteestä, eikä se sisällä N-terminaalista säätelydomeenia. Dnmt2 - geenin inaktivointi hiiren kantasoluissa ei vaikuttanut niiden kykyyn ylläpitää genomin metylaation ja de novo metylaation mallia . Entsyymin aminohapposekvenssi on samanlainen kuin lyhyiden DNA-metylaasien sekvenssit kasveissa, sienissä ja prokaryooteissa. Vuonna 2006 Goll et al. ovat osoittaneet, että entsyymi tuottaa Asp tRNA :n metylaatiota sytosiini-38:ssa sekä in vivo että in vitro , eikä metyloi DNA:ta. Entsyymin toiminnan kuvastamiseksi nimessä se päätettiin nimetä uudelleen TRDMT1:ksi ( tRNA asparagiinihappometyylitransferaasi 1 , asparagiinihappoa kuljettava tRNA - metyylitransferaasi ).
DNA-metyylitransferaasit DNMT3a ja DNMT3b metyloivat hemimetyloidut ja metyloimattomat CpG-kohdat samalla nopeudella. Ihmisen DNMT3a ja DNMT3b sisältävät 908 ja 859 aminohappotähdettä, vastaavasti; dnmt3b-geeni voi myös koodata pienempiä polypeptidejä vaihtoehtoisen silmukoinnin vuoksi . Dnmt3a- ja dnmt3b- geenit ilmentyvät aktiivisesti erilaistumattomissa alkion kantasoluissa, kun taas niiden ilmentymistaso on hyvin alhainen erilaistuneissa soluissa. Näiden geenien inaktivointi hiirillä johti yksilöiden kuolemaan keskimäärin neljän viikon iässä.
DNMT3a metyloi CpG-kohdat aktiivisemmin kuin CpA, CpT ja CpC. DNMT3a metyloi CpG-kohdat paljon hitaammin kuin DNMT1, mutta nopeammin kuin DNMT3b. Vaikka DNMT3a- ja DNMT3b-entsyymien toiminnot menevät suurelta osin päällekkäin, on myös eroja. Siten DNMT3b on vastuussa satelliittitoistojen metylaatiosta sentromeerilinkkerin alueella , ja dnmt3b-geenin mutaatio ihmisillä johtaa ICF-oireyhtymään ( immuunipuutossenromeerinen epävakaus , immuunikatosentromeerin epävakaus, kasvojen anomaliat). ICF-oireyhtymä on harvinainen autosomaalinen resessiivinen geneettinen häiriö, jolle on tunnusomaista immuunijärjestelmän viat ja epänormaali kasvojen rakenne. Oireyhtymä liittyy sentromeerisen heterokromatiinin epävakauteen. Samaan aikaan heterokromatiinin pääkomponentit, DNA II:n ja DNA III:n satelliittialueet, ovat alimyloituneita.
DNMT3L sisältää DNA-metyylitransferaasi-motiivin ja on välttämätön äidin genomipainatuksen vaikutukselle , vaikka se pysyy katalyyttisesti inaktiivisena (johtuen joidenkin katalyysin edellyttämien avainkohtien puuttumisesta ). DNMT3L ekspressoituu gametogeneesin aikana , jolloin tapahtuu genomijälki. DNMT3L:n puuttuminen johtaa geenien kaksialleeliseen ilmentymiseen, joille ei normaalisti ole ominaista äidin alleelin ilmentyminen . DNMT3L on vuorovaikutuksessa DNMT3a:n ja DNMT3b:n kanssa solutumassa. Vaikka DNMT3L ei pysty suorittamaan metylaatiota, proteiini voi olla osallisena transkription repressiossa (yhdessä histonideasetylaasin kanssa).
Kasveista on löydetty kolme DNA-metyylitransferaasiperhettä.
Tämän perheen DNA-metylaasit ovat samanlaisia kuin nisäkkään DNMT1-perheen entsyymit. Arabidopsis thalianasta ( Tahl 's coli) löydettiin 2 tällaista DNA-metyylitransferaasia: METI ja METII . Nämä proteiinit eroavat hiiren DNMT1:stä N-terminaalisen domeenin rakenteeltaan. Arabidopsis thaliana METI :lle homologisia metylaaseja on löydetty porkkanoista ja riisistä .
Tämä perhe sisältää myös tupakan NtMETI -geenin (koodaa 175 kDa:n proteiinia, 1556 aminohappotähdettä) ja herneen DNA-metyylitransferaasigeenin (koodaa 174 kDa:n proteiinia, 1554 aminohappotähdettä). Nämä entsyymit ovat aktiivisimpia kasvien meristeemisoluissa .
Perheeseen kuuluvat polymorfiset DNA-metylaasit. Löydettiin ensimmäisen kerran Arabidopsis thalianasta . Osien I ja IV välissä näiden entsyymien molekyylit sisältävät 80 aminohappotähteen kromodomeenin, joka vastaa vuorovaikutuksesta spesifisten kromatiiniproteiinien ja ydinkalvon kanssa . Arabidopsis thaliana CMT3- ja maissin Zmet2-proteiinit suorittavat ylläpito-DNA-metylaatiota CpNpG- ja epäsymmetrisissä kohdissa. Niiden toiminnan sammuttaminen johtaa endogeenisten transposonien uudelleenaktivoitumiseen .
Kromimetylaasit ovat ominaisia vain kasveille.
DNA-metylaasiperhe, jossa konservoituneet motiivit järjestetään uudelleen ja järjestetään seuraavassa järjestyksessä: VI-IX-X-I-II-III-IV-V. Tästä syystä perheen nimi: domain rearranged metylaasis , DRM. Näiden entsyymien geenit on löydetty Arabidopsis thalianasta , maissista ja soijapavuista . Huolimatta siitä, että toiminnalliset motiivit ovat sekoittuneet, molekyyli muodostaa kolmiulotteisen rakenteen, joka on samanlainen kuin prokaryoottinen HhaI DNA -metyylitransferaasi. N-terminaalinen domeeni sisältää ubikvitiinia sitovan kohdan, mikä mahdollistaa näiden entsyymien ubikvitinoitumisen. Toiminnallisesti nämä DNA-metyylitransferaasit ovat samanlaisia kuin nisäkkään DNMT3-perhe; erityisesti ne pystyvät myös tehokkaasti suorittamaan de novo DNA-metylaatiota epäsymmetrisissä kohdissa.
On olemassa muita kasvin DNA:n metyylitransferaaseja, kuten Arabidopsis thalianan METIII, josta puuttuu N-terminaalinen domeeni.
Toisin kuin eläimissä, DNA-metyylitransferaasien inaktivoituminen kasveissa ei johda tappavaan vaikutukseen, mutta se johtaa myös kehityshäiriöihin.
Ascomycete Ascobolusilla on 2 geeniä: MASCI ja MASK2 . Ensimmäinen koodaa proteiinia, jonka molekyylipaino on 61,5 kDa ja joka koostuu 537 aminohappotähteestä. . Se sisältää 10 konservoitunutta motiivia, jotka ovat tyypillisiä sytosiini(C5)-metyylitransferaaseille, mutta se erottuu lyhyemmästä TRD:stä motiivin VIII ja IX välillä ja N-terminaalisella domeenilla, joka ei ole homologinen DNMT1:n domeenin kanssa. MASCI -geenin mutaatio ei vaikuta ylläpito-DNA:n metylaatioon, mutta häiritsee DNA-toistojen de novo -metylaatiota ja johtaa tälle mutaatiolle homotsygoottisten kantojen steriiliyteen. MASK2 Ascobolus -geeni kuuluu DNMT1-perheeseen.
Molempien geenien sammuttaminen ei johda Ascobolus- DNA:n ylläpitometylaation häiriintymiseen , mikä viittaa ainakin yhden DNA-metyylitransferaasigeenin lisäämiseen. .
Neurospora crassassa on yksi DNA-metyylitransferaasigeeni, DIM-2 . DIM-2-proteiini vastaa koko genomin metylaatiosta, ja sen inaktivoituminen johtaa Neurospora crassan DNA:n täydelliseen demetylaatioon . Proteiini koostuu 1454 aminohappotähteestä ja kuuluu DNMT1-perheeseen. DIM-2 :n ilmentymisen rikkomukset eivät johda havaittaviin poikkeamiin sienen kehityksessä.
| Transkriptio (biologia) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Transkription säätely |
| ||||||||||||
| Aktivointi | |||||||||||||
| Initiaatio | Transkription aloitussivusto | ||||||||||||
| Pidentymä |
| ||||||||||||
| Irtisanominen | |||||||||||||