Метилирование днк у растений
В последнее время произошел значительный прорыв в понимании процесса метилирования ДНК у растений, особенно у Arabidopsis thaliana. Основными метилтрансферазами ДНК у A. thaliana являются Met1, Cmt3 и Drm2, которые на уровне аминокислотной последовательности подобны вышеописанным метилтранферазам ДНК у млекопитающих. Drm2, предположительно, участвует как в de-novo метилировании ДНК, так и в поддержании метилирования на более поздних стадиях развития. Cmt3 и Met1, главным образом, выполняют функцию поддержания метилирования ДНК.[5] Прочие метилтрансферазы ДНК также присутствуют у растений, но их функция пока не выяснена (См. [1]). Считается, что специфичность метилтрансферазы в процессе метилирования ДНК модулируется при помощи РНК. Специфичные РНК-транскрипты транскрибируются с определенных участков матрицы — геномной ДНК. Эти РНК-транскрипты могут формировать двухцепочные молекулы РНК. Двухцепочные РНК, посредством регуляторных сигнальных путей, связанных либо с малыми интерферрирующими РНК (siRNA), либо с микроРНК (miRNA), детерминируют локализацию метилтрансфераз ДНК на участках специфических нуклеотидных последовательностей в геноме.[6]
О важной роли метилирования свидетельствует, что гомозиготная делеция dnmt1 у мышей ведет к летальному исходу на эмбриональной стадии развития [ Li, ea 1992 ].Это наблюдение явилось решающим доказательством необходимости метилирования ДНК у высших эукариот. На этой же модели получены доказательства давно предполагавшейся связи между метилированием ДНК и блокированием экспрессии метилированных генов [ Bird, ea 1992 , Bird, ea 1986 ].
Другим доказательством связи блока транскрипции с феноменом метилирования ДНК служат опыты с аналогом цитидина 5-азацитидином . Последний включается в реплицирующуюся ДНК и в силу своей химической структуры (N вместо С в позиции 5) не может быть метилирован. Его деметилируюшее ДНК действие, однако, в большей степени обусловлено тем, что 5-азацитидин служит "ловушкой" для ДНК-метилтрансферазы и блокирует ее активность [Creusot, ea 1982 ].
Во многих случаях продемонстрирована возможность транскрипционной реактивации метилированных генов и генетических конструкций после применения 5-азацитидина как деметилирующего агента . Более того, этот тест в ряде случаев является решающим свидетельством вовлечения метилирования в тот или иной фенотипический признак. Его ограничением, однако, является возможность побочных эффектов.
Метилирование днк и старение: введение
Молекулярные
события, определяющие транскрипцию,
имеют решающий интерес для геронтологов,
поскольку регуляция
экспрессии
генов
коренным образом влияет на старение.
Одним из факторов, оказывающих
воздействие на экспрессию гена, является
метилирование
ДНК
[Catania
ea 1991
]. До 5% всех остатков цитозина в ДНК
млекопитающих метилировано по 5'-позиции
с образованием 5-метилцитозина
(5-мЦ). Это
единственное
постоянно модифицированное основание
в ДНК высших эукариот.
Метилирование
происходит в обеих нитях ДНК, симметрично,
и остатки 5-мЦ всегда фланкируются
остатками гуанина со стороны З'-конца.
Метилирование ДНК вовлечено в регуляцию
активности генов. Изменения в метилировании,
в частности деметилирование динуклеотидов
у позвоночных, связаны с
изменением
уровня транскрипции
[
Mays-Hoopes ea 1989
].
Возрастное деметилирование ДНК
впервые описано в 1973 г. Ванюшиным [
Vanyushin ea 1973
], когда была обнаружена
разница в
степени деметилирования в тканях крыс
- в ткани мозга по
сравнению с печенью
оно было выше. В дальнейшем было показано
возрастное снижение количества 5-мЦ в
легких и культурах фибробластов кожи,
для последних отмечена связь деметилирования
со снижением возможности к росту в
культуре [
Wilson ea 1983
]. Было высказано предположение о том,
что возрастное деметилирование
предрасполагает клетки к опухолевой
трансформации
ДНК-метилтрансфера́зы (ДНК-метилазы, англ. DNA methyltransferase, DNA MTase, DNMT) — группа ферментов, катализирующих метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК. Активность метилтрансфераз, заключающаяся в (переносе метильных (CH3—) групп) на азотистое основание цитозин в составе ДНК, ведет к изменению свойств ДНК, при этом изменяется активность, функции соответствующих генов, а также пространственная структура нуклеиновой кислоты (конформация).
ДНК-метилтрансферазной активностью обладают несколько групп ферментов[источник не указан 458 дней]:
цитозин(C5)-ДНК-метилтрансферазы (КФ 2.1.1.37) — ферменты, ответственные за поддержание картины метилирования генома клетки;
ферменты системы рестрикции-модификации, проявляющие КФ 2.1.1.72 (аденин(N6)-ДНК-метилтрансферазная) и КФ 2.1.1.113 (цитозин(N4)-ДНК-метилтрансферазная) активности (которые, в сущности, не являются основными для этих ферментов); примерами могут служить ферменты PvuII и TaqI.
Все известные ДНК-метилтрансферазы используют в качестве донора метильной группы S-аденозил-метионин.
Цитозин(C5)-ДНК-метилтрансферазы катализируют перенос метильной группы от S-аденозил-метионина на остаток цитозина, находящегося в специфической последовательности в двухцепочечной ДНК, с образованием 5-метилцитозина и S-аденозилгомоцистеина. Эта реакция необратима. Сравнение структуры прокариотических и эукариотических ДНК-метилтрансфераз позволяет отнести их к одному классу ферментов. Все эти ферменты представляют собой мономерные белки, содержащие консервативные гомологичные участки (мотивы), ответственные за ферментативные функции. У большинства цитозин(C5)-ДНК-метилтрансфераз насчитывают до 10-ти таких участков. Среди них различают 4 умеренногомологичных мотива (II, III, V, VII), которые могут отсутствовать у некоторых ферментов, и 6 высокогомологичных мотивов (I, IV, VI, VIII, IX, X). Между участками VIII и IX расположен домен TRD (target-recognizing domen, мишень-распознающий домен), длина и аминокислотный состав которого вариабельны.
Эукариотические ДНК-метилазы выполняют функцию поддержания метилирования[источник не указан 458 дней]. После репликации ДНК данные ферменты метилируют цитозин по сайтам CpG и CpNpG во вновь синтезированных цепях. ДНК-метилтрансферазы эукариот способны, хотя и с меньшей эффективностью, производить метилирование ДНК de novo.
Субстратная специфичность ДНК-метилтрансфераз семейства DNMT1. Полуметилированный дуплекс определяет метилирование цитозина в нижней цепи. Наличие пары *С с гуанином в верхней цепи необязательно. Асимметричный сайт узнавания заключён в рамку
ДНК-метилтрансферазы млекопитающих
У млекопитающих обнаружены четыре активных ДНК-метилтрансферазы: DNMT1, DNMT2 (TRDMT1), DNMT3a и DNMT3b[источник не указан 458 дней]. Также обнаружен белок, структурно схожий с семейством DNMT3, но не проявляющий метилтрансферазной активности — DNMT3L (DNMT3-like).