A DNS-metiltranszferázok ( DNS-metilázok, angolul DNS-metiltranszferáz, DNS-MTase, DNMT ) olyan enzimcsoportok , amelyek katalizálják a DNS -ben lévő nukleotid-maradékok metilációját . A metiltranszferázok aktivitása, amely a metil (CH 3 -) csoportoknak a DNS-ben lévő nitrogéntartalmú citozin bázisra történő átvitelében áll, a DNS tulajdonságainak megváltozásához vezet, míg a megfelelő gének aktivitása, funkciói, valamint a a nukleinsav ( konformáció ) térszerkezete megváltozik.
Számos enzimcsoport rendelkezik DNS-metiltranszferáz aktivitással :
Az összes ismert DNS-metiltranszferáz S-adenozil-metionint használ metilcsoport - donorként .
A citozin (C5)-DNS metiltranszferázok katalizálják egy metilcsoport átvitelét az S-adenozil-metioninról a kétszálú DNS -ben meghatározott szekvenciában elhelyezkedő citozin - maradékra , 5-metilcitozin és S - adenozil -homocisztein képződésével . Ez a reakció visszafordíthatatlan. A prokarióta és eukarióta DNS - metiltranszferázok szerkezetének összehasonlítása lehetővé teszi , hogy ugyanazon enzimosztályhoz sorolják őket . Mindezek az enzimek monomer fehérjék, amelyek konzervált homológ régiókat ( motívumokat ) tartalmaznak, amelyek felelősek az enzimatikus funkciókért. A legtöbb citozin(C5)-DNS-metiltranszferáz legfeljebb 10 ilyen hellyel rendelkezik. Közülük 4 közepesen homológ motívum (II, III, V, VII) található, amelyek egyes enzimekben hiányozhatnak, és 6 erősen homológ motívum (I, IV, VI, VIII, IX, X). A VIII és IX szekció között található a TRD domén ( target-recognizing domain , target-recognizing domain), amelynek hossza és aminosav-összetétele változó.
A DNS- replikáció után az eukarióta DNS-metilázok metilálják a citozint az újonnan szintetizált szálak CpG és CpNpG helyein. Ezenkívül az eukarióta DNS-metilázok a metiláció fenntartásának funkcióját látják el. de novo DNS-metiláció a már megjelölt helyeken.
Négy aktív DNS-metiltranszferázt találtak emlősökben : DNMT1, DNMT2 (TRDMT1), DNMT3a és DNMT3b . A DNMT3 családhoz szerkezetileg hasonló, de metiltranszferáz aktivitást nem mutató fehérjét, a DNMT3L-t (DNMT3- szerű ) is találtak.
Az egér DNS-metiltranszferáz DNMT1 családja egy 190 kDa -os fehérje, amely 1620 aminosavat tartalmaz . Ennek az enzimnek a fő tevékenysége a hemimetilált CpG helyek metilezése. A DNS-metiltranszferáz DNMT1 molekula sokkal nagyobb, mint a prokarióta enzim, egy N-terminális szabályozó régió jelenléte miatt, amely a polipeptidlánc teljes hosszának 2/3 -a . Ez a hely felelős azért, hogy az enzim a hemimetilált helyeket „preferálja” a nem metilált helyekkel szemben. A szabályozó N-terminális régió a katalitikus C-terminális régióhoz kapcsolódik Gly - Lys ismétlődések segítségével. Úgy gondolják, hogy a dnmt1 gén a prokarióta DNS-metiláz gén és egy vagy két DNS-kötő fehérje gén fúziójával jött létre .
| DNS-metil- transzferáz |
Kapcsolódó fehérje |
Kapcsolódó fehérje funkció |
|---|---|---|
| DNMT1 | DNMT3a | de novo DNS-metiláció |
| DNMT3b | azonos | |
| HDAC1 | hiszton- dezacetiláz | |
| HDAC2 | azonos | |
| SUV39H1 | hiszton metiltranszferáz H3 (Lys9) | |
| Rb | tumorszuppresszor | |
| PML-RAR | onkogén transzkripciós faktor | |
| DMAP1 | transzkripciós korepresszor | |
| hSNF2H | fehérje részt vesz a kromatin átrendeződésében | |
| PCNA | DNS replikációs faktor | |
| MBD2 | kötődik a metilált CpG helyekhez | |
| MBD3 | azonos | |
| MeCP2 | azonos | |
| HP1β | heterokromatin fehérje _ | |
| RNS polimeráz II | RNS polimeráz II | |
| DNMT3a | DNMT1 | fenntartó DNS-metiláció |
| DNMT3L | transzkripciós represszor | |
| HDAC1 | hiszton- dezacetiláz | |
| SUV39H1 | hiszton metiltranszferáz H3 (Lys9) | |
| PML-RAR | onkogén transzkripciós faktor | |
| RP58 | transzkripciós korepresszor | |
| HP1β | heterokromatin fehérje _ | |
| SUMO-1 | ubiquitin -szerű fehérje | |
| DNMT3b | DNMT1 | fenntartó DNS-metiláció |
| DNMT3L | transzkripciós represszor | |
| HDAC1 | hiszton- dezacetiláz | |
| SUMO-1 | ubiquitin -szerű fehérje | |
| DNMT3L | DNMT3a | de novo DNS-metiláció |
| DNMT3b | azonos | |
| HDAC1 | hiszton- dezacetiláz | |
| CMT3 | HP1 homológ | heterokromatin fehérje _ |
Az N-terminális domén különböző specifikus szekvenciákat tartalmaz, például nukleáris lokalizációs szignált ( NLS ), ciszteinben gazdag Zn-kötő motívumot, és egy speciális szekvenciát, amely a metilázt a DNS-replikációs régióba irányítja (TRF, protein targeting to DNS replikációs gócok ). ). Az enzim a sejtciklus S-fázisában a DNS-replikáció területein lokalizálódik , majd annak befejeződése után a nukleoplazmába diffundál . Emellett a DNMT1 enzim N-terminális doménje a HRX transzkripciós represszorral homológ szekvenciát tartalmaz, melynek segítségével a DNS-metiláz in vivo képes kapcsolódni a hiszton-dezacetilázhoz .
A humán DNMT1 enzim alapvetően nem különbözik az egér enzimétől.
A DNMT1 enzimnek számos izoformája van: szomatikus DNMT1, egy köztes variáns (DNMT1b) és egy oocita -specifikus izoforma (DNMT1o). A DNMT1o szintetizálódik és felhalmozódik a petesejtek citoplazmájában , majd a korai embrionális fejlődés során a sejtmagba kerül (a szomatikus DNMT1 folyamatosan lokalizálódik a sejtmagban).
Az enzim abnormális metilező aktivitást mutathat, különösen azáltal, hogy CpG párokat metilál egy egyszálú DNS hurok régiójában, amely már tartalmaz metilált CpG helyeket. .
Az egér DNMT1 enzim inaktiválása a genom metilációjának jelentős (akár 70%-os) csökkenéséhez és a fejlődő embriók halálához vezet a fejlődés 10-11. napján. A fennmaradó 30%-os szintet és az őssejtek retrovírus DNS de novo metilezési képességét más DNS-metiltranszferázok biztosítják.
A DNMT2 DNS-metiltranszferáz 415 aminosavból áll, és nem tartalmaz N-terminális szabályozó domént. A dnmt2 gén inaktiválása egér őssejtekben nem befolyásolta a genom metiláció és a de novo metiláció mintázatának fenntartási képességét . Az enzim aminosavszekvenciája hasonló a növényekben, gombákban és prokariótákban található rövid DNS-metilázok szekvenciáihoz. 2006-ban Goll et al. kimutatták, hogy az enzim Asp tRNS metilációt termel a citozin-38-nál mind in vivo , mind in vitro , és nem metilál DNS-t. Az enzim elnevezésben szereplő funkciójának tükrözésére úgy döntöttek, hogy átnevezzük TRDMT1-re ( tRNS aszparaginsav-metiltranszferáz 1 , aszparaginsavat szállító tRNS - metiltranszferáz ).
A DNS DNMT3a és DNMT3b metiltranszferázai azonos sebességgel metilálják a hemimetilált és nem metilált CpG helyeket. A humán DNMT3a és DNMT3b 908, illetve 859 aminosavat tartalmaz; a dnmt3b gén az alternatív splicing miatt kisebb polipeptideket is kódolhat . A dnmt3a és dnmt3b gének a differenciálatlan embrionális őssejtekben aktívan expresszálódnak, míg a differenciált sejtekben expressziós szintjük nagyon alacsony. Ezeknek a géneknek az egerekben történő inaktiválása az egyedek átlagosan négy hetes korukra történő halálához vezetett.
A DNMT3a aktívabban metilálja a CpG helyeket, mint a CpA, CpT és CpC. A DNMT3a sokkal lassabban metilálja a CpG helyeket, mint a DNMT1, de gyorsabban, mint a DNMT3b. Bár a DNMT3a és a DNMT3b enzimek funkciói nagymértékben átfedik egymást, vannak eltérések is. Így a DNMT3b felelős a műhold ismétlődéseinek metilációjáért a centromer linker régiójában, és a dnmt3b gén mutációja emberben ICF-szindrómához vezet ( immunhiányos cenromer instabilitás , immunhiányos centromer instabilitás, arc anomáliák). Az ICF-szindróma egy ritka, autoszomális recesszív genetikai rendellenesség, amelyet az immunrendszer hibái és abnormális arcszerkezet jellemez. A szindróma a centromer heterokromatin instabilitásával jár. Ugyanakkor a heterokromatin fő komponensei, a DNS II és DNS III szatellit régiói alulmetiláltak.
A DNMT3L DNS-metiltranszferáz motívumot tartalmaz, és elengedhetetlen az anyai genomi lenyomat hatásához , miközben katalitikusan inaktív marad (a katalízishez szükséges néhány kulcsfontosságú hely hiánya miatt ). A DNMT3L a gametogenezis során expresszálódik , amikor a genomikus imprinting megtörténik. A DNMT3L hiánya olyan gének biallélikus expressziójához vezet, amelyekre általában nem jellemző az anyai allél expressziója . A DNMT3L kölcsönhatásba lép a DNMT3a-val és a DNMT3b-vel a sejtmagban. Bár a DNMT3L nem képes metilációt végrehajtani, a fehérje részt vehet a transzkripciós represszióban (a hiszton-dezacetilázzal kapcsolatban).
A DNS-metiltranszferázok három családját találták növényekben.
Ennek a családnak a DNS-metilázai hasonlóak az emlős DNMT1 család enzimeihez. Az Arabidopsis thaliana -ban ( Tahl 's coli) 2 ilyen DNS-metiltranszferázt találtunk: METI és METII. Ezek a fehérjék az N-terminális domén szerkezetében különböznek az egér DNMT1-től. Az Arabidopsis thaliana METI -vel homológ metilázokat sárgarépában és rizsben találtak .
Ebbe a családba tartozik még a dohány NtMETI génje (175 kDa fehérjét kódol, 1556 aminosav maradékot) és a borsó DNS metiltranszferáz génjét (174 kDa fehérjét kódol, 1554 aminosav maradékot). Ezek az enzimek a növényi merisztéma sejtekben a legaktívabbak .
A családba tartoznak a polimorf DNS-metilázok. Először az Arabidopsis thaliana -ban fedezték fel . Az I. és IV. szakasz között ezen enzimek molekulái egy 80 aminosavból álló kromodomént tartalmaznak, amely felelős a specifikus kromatinfehérjékkel és a magmembránnal való kölcsönhatásért . Az Arabidopsis thaliana CMT3 és a kukorica Zmet2 fehérje fenntartó DNS-metilációt végez a CpNpG és aszimmetrikus helyeken. Tevékenységük kikapcsolása endogén transzpozonok újraaktiválásához vezet .
A kromometilázok csak a növényekre jellemzőek.
A DNS-metilázok családja, amelyben a konzervált motívumok átrendeződnek és a következő sorrendben rendeződnek: VI-IX-X-I-II-III-IV-V. Innen a család neve: domain rearranged methylases , DRM. Ezen enzimek génjeit az Arabidopsis thaliana -ban, a kukoricában és a szójában találták meg . Annak ellenére, hogy a funkcionális motívumok keverednek, a molekula a prokarióta HhaI DNS-metiltranszferázhoz hasonló háromdimenziós szerkezetet alkot. Az N-terminális domén egy ubiquitin-kötő helyet tartalmaz, amely lehetővé teszi ezen enzimek ubikvitinációját. Funkcionálisan ezek a DNS-metiltranszferázok hasonlóak az emlős DNMT3-családhoz; különösen képesek hatékonyan végrehajtani a de novo DNS-metilációt az aszimmetrikus helyeken.
Más növényi DNS-metiltranszferázok is léteznek, mint például az Arabidopsis thaliana METIII-ja, amelyből hiányzik az N-terminális domén.
Az állatokkal ellentétben a DNS-metiltranszferázok inaktiválása növényekben nem vezet halálos hatáshoz, hanem fejlődési rendellenességekhez is vezet.
Az Ascobolus ascomycete 2 génnel rendelkezik: MASCI és MASK2 . Az első egy 61,5 kDa molekulatömegű fehérjét kódol, amely 537 aminosavból áll. . 10, a citozin(C5)-metil-transzferázokra jellemző konzervált motívumot tartalmaz, de a VIII-as és IX-es motívum közötti rövidebb TRD, valamint egy N-terminális domén különbözteti meg, amely nem homológ a DNMT1-éval. A MASCI gén mutációja nem befolyásolja a fenntartó DNS metilációt, de megzavarja a DNS ismétlődések de novo metilációját, és az e mutációra homozigóta törzsek sterilitásához vezet. A MASK2 Ascobolus gén a DNMT1 családba tartozik.
Mindkét gén kikapcsolása nem vezet az Ascobolus DNS fenntartó metilációjának megzavarásához , ami legalább egy további DNS-metiltranszferáz gén jelenlétét jelzi. .
A Neurospora crassa egy DNS-metiltranszferáz gént tartalmaz, a DIM-2- t . A DIM-2 fehérje felelős a teljes genom metilációjáért, inaktiválása pedig a Neurospora crassa DNS teljes demetilációjához vezet . A fehérje 1454 aminosavból áll, és a DNMT1 családba tartozik. A DIM-2 expressziójának megsértése nem vezet észrevehető anomáliákhoz a gomba fejlődésében.
| Átírás (biológia) | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Az átírás szabályozása |
| ||||||||||||
| Aktiválás | |||||||||||||
| Megindítás, inicializálás | Az átírás kezdőoldala | ||||||||||||
| Megnyúlás |
| ||||||||||||
| Felmondás | |||||||||||||