Метилирование: ДНК-метилтрансферазы
У высших эукариот метилирование остатков цитозина в положении 5 с образованием 5- метилцитозина (5-mC) катализируется ферментами ((цитозин-5)-ДНК-метилтрансферазами), которые обнаружены у прокариот и эукариот. Каталитический механизм действия этих ферментов изучен на примере бактериальной метилазы M.HhaI , которая модифицирует соответствующий сайт рестрикции. С помощью рентгеноструктурного анализа показано, что после взаимодействия Мтазы со специфическим участком ДНК остаток модифицируемого цитозина выпячивается из двойной спирали и образует ковалентную связь с полипептидной цепью фермента в положении С6. В этом промежуточном комплексе активированный атом углерода С5 акцептирует метильную группу S-аденозилметионина, выступающего в качестве кофактора.
Полипептидные цепи Мтаз эукариот содержат на своих N-концах большой домен, который обеспечивает ядерную локализацию ферментов, их доставку к репликативным вилкам, ответ ферментов на регуляторные воздействия.
Большинство прокариотических Мтаз способны метилировать ДНК de novo, распознавая неметилированные палиндромные гексануклеотидные последовательности. Они также метилируют последовательности, в которых одна цепь ДНК уже содержит метильные группы. В отличие от этого эукариотические Мтазы относятся к "поддерживающим" ферментам, которые узнают и метилируют только наполовину метилированные последовательности, формирующиеся во время репликации ДНК, когда вновь синтезированная цепь неметилирована. У млекопитающих остатки С метилируются преимущественно в составе динуклеотидов CpG, однако в последнее время описаны случаи метилирования и последовательностей CpNpG. В геноме позвоночных животных метилировано около 70% динуклеотидов CpG и около 6-7% всех остатков цитозина.
"Поддерживающие" Мтазы животных обладают небольшой способностью осуществлять метилирование ДНК и de novo в полностью неметилированных участках, а также искусственных субстратов (олигонуклеотидов), содержащих ошибочно спаренные основания. Остается непонятным, является ли указанное свойство Мтаз достаточным для осуществления метилирования de novo обширных участков генома в эмбриогенезе или же этот процесс происходит с участием других ферментов. Известно, что гомозиготные делеции в гене Мтазы у мышей вызывают гибель зародышей в раннем эмбриогенезе, что указывает на важную роль метилирования ДНК в онтогенезе млекопитающих. Однако даже у таких мутантных эмбрионов небольшая часть последовательностей ДНК метилирована.
Метилирование остатков цитозина оказывает влияние на структурные характеристики ДНК. Это проявляется в облегчении перехода метилированных участков ДНК из B-формы в Z-форму, увеличении шага спирали ДНК и изменении кинетики образования крестообразных структур. Метильная группа 5-mC выступает на поверхности большой бороздки ДНК, находящейся в B-форме, и увеличивает ее гидрофобность, что в ряде случаев является решающим фактором при взаимодействии белков с соответствующими участками ДНК.
В настоящее время у млекопитающих известны четыре ДНК-метилтрансферазы: Dnmtl , Dnmt2 , Dnmt3a и Dnmt3b . Относительно природы ДНК-метилтрансферазы, осуществляющей метилирование de novo , существуют разные мнения. Возможно, это кодируемая геном DNMT1 ДНК-метилтрансфераза 1 , ответственная за превалирующую в клетках млекопитающих метилтрансферазную активность и за поддерживающее метилирование.
Смотрите также:
