Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы
Class of enzymes
Биохимияда ДНК метилтрансфераза (ДНК Мтаза, DNMT) ферменттері ДНК-ға метил тобын қосылу реакциясын катализдейді. ДНК метилирлеуі кең ауқымды биологиялық функцияларды атқарады. Белгілі барлық ДНК метилтрансферазалары метил доноры ретінде S-аденозилметионин (SAM) пайдаланады.
In biochemistry, the DNA methyltransferase (DNA MTase, DNMT) family of enzymes catalyze the transfer of a methyl group to DNA. DNA methylation serves a wide variety of biological functions. All the known DNA methyltransferases use S adenosyl methionine (SAM) as the methyl donor.
De novo және техникалық қызмет көрсету
Де-ново метилтрансферазалар ДНК-да жаңадан метилденген цитозиндерді жасауға мүмкіндік беретін бір нәрсені таниды. Бұл ферменттер негізінен эмбрионның дамуының алғашқы кезеңінде экспрессияланады және метилирлеу үлгісін орнатады. Де-ново метилтрансферазалар сондай-ақ сигналға жауап беретін жасуша, мысалы нейрон, белок экспрессиясын өзгерту қажет болған кезде де белсенді болады. Мысалы, егер тышқанда қорқыныш жағдайы жаңа естелік қалыптастырса, оның гиппокамп нейроны геномындағы гендердің 9,17%-ы дифференциалды метилденеді. Ал, мейнтенанс метилтрансферазалар ДНК-ға метилденуді қосады, егер бір тізбегі бұрыннан метилденген болса. Бұл ферменттер организмнің өмір бойы де-ново метилтрансферазалармен орнатылған метилирлеу үлгісін сақтау үшін жұмыс істейді.
De novo methyltransferases recognize something in the DNA that allows them to newly methylate cytosines. These are expressed mainly in early embryo development and they set up the pattern of methylation. De novo methyltransferases are also active when a signal responsive cell, such as a neuron, needs to alter protein expression. As an example, when fear conditioning creates a new memory in a rat, 9.17% of the genes in the rat hippocampus neuron genome are differentially methylated. Maintenance methyltransferases add methylation to DNA when one strand is already methylated. These work throughout the life of the organism to maintain the methylation pattern that had been established by the de novo methyltransferases.
сүтқоректілер
Сүтқоректілерде кем дегенде төрт түрлі активті ДНК метилтрансферазасы анықталды. Олар DNMT1, DNMT3a генінен транскрипцияланған екі изоформа: DNMT3a1 және DNMT3a2, сондай-ақ DNMT3b деп аталады. Жақында егеуқұйрықтың еркек жыныс жасушаларында ғана экспрессияланатын DNMT3c ферменті табылды. Манзо және авторлар DNMT3a1, DNMT3a2 және DNMT3b геномға байланысуындағы айырмашылықтарды байқады. Олар DNMT3a1 үшін ғана байытылған 3970 аймақты, DNMT3a2 үшін ғана байытылған 3838 аймақты және DNMT3b үшін ғана байытылған 3432 аймақты анықтады. DNMT ферменттері геномдағы метилирлеу орындарымен қатар, ДНК-ға байланысу арқылы реттеледі, сонымен қатар ДНК метилирлеу мен гистон лизин метилирлеу арасындағы байланыс қарастырылды. Мысалы, H3K4me3 ДНК метилирлеуді тежейтіні, ал H3K9me3 ДНК метилирлеуді ынталандыруға қатысатыны көрсетілді. DNMT3L – DNMT3a және DNMT3b-мен құрылымдық жағынан тығыз байланысты, ДНК метилирлеу үшін маңызды протеин, бірақ өздігінен активті емес сияқты.
At least four differently active DNA methyltransferases have been identified in mammals. They are named DNMT1, two isoforms transcribed from the DNMT3a gene: DNMT3a1 and DNMT3a2, and DNMT3b. Recently, another enzyme DNMT3c has been discovered specifically expressed in the male germline in the mouse. Manzo et al. observed differences in genomic binding of DNMT3a1, DNMT3a2 and DNMT3b. They found 3,970 regions exclusively enriched for DNMT3a1, 3,838 exclusively enriched for DNMT3a2 and 3,432 exclusively enriched for DNMT3b. The DNMT enzymes are not only regulated in their methylating locations on the genome by where they bind to DNA, reviewed the relationship between DNA methylation and histone lysine methylation. For example, they indicated that H3K4me3 appears to block DNA methylation while H3K9me3 plays a role in promoting DNA methylation. DNMT3L is a protein closely related to DNMT3a and DNMT3b in structure and critical for DNA methylation, but appears to be inactive on its own.
DNMT1
DNMT1 – сүтқоректілер жасушаларында ең көп кездесетін ДНК метилтрансферазасы және сүтқоректілердегі негізгі метилдеуді сақтаушы фермент саналады. Ол негізінен сүтқоректілер геномындағы гемиметилденген CpG динуклеотидтерін метилирлейді. Адам ферментінің тану мотиві CpG динуклеотидтік жұптағы негіздердің үшеуін ғана қамтиды: бір тізбектегі C және екінші тізбектегі CpG. Бұл жеңілдетілген субстратқа қатысты талап оған ДНК сығанақтары сияқты ерекше құрылымдарды де ново жылдамдығымен, оның сақтау жылдамдығына тең жылдамдықпен метилдеуге мүмкіндік береді. Басқа ДНК цитозин 5 метилтрансферазалары сияқты, адам ферменті екі тізбекті ДНК-дағы цитозиндердің «құлауын» таниды және нуклеофильді шабуыл механизмі арқылы жұмыс істейді. Адамның қатерлі ісік жасушаларында DNMT1 ісікке қарсы гендердің де ново және сақтау метилирлеуіне жауапты. Фермент шамамен 1620 аминқышқылынан тұрады. Алғашқы 1100 аминқышқылы ферменттің реттеу доменін құрайды, ал қалған қалдықтар каталитикалық доменді құрайды. Бұлар Гли-Лис қайталауларымен біріктірілген. DNMT1-дің каталитикалық функциясы үшін екі домен де қажет. DNMT1 бірнеше изоформаға ие: соматикалық DNMT1, майлау варианты (DNMT1b) және ооцитке тән изоформа (DNMT1o). DNMT1o ооциттің цитоплазмасында синтезделеді және сақталады, ал эмбрионның дамуының ерте кезеңінде жасуша ядросына көшіріледі, ал соматикалық DNMT1 әрқашан соматикалық тіндердің ядросында табылады. DNMT1-дің нульді мутантты эмбрионалды сақталған жасушалары тірі және метилденген ДНК-ның және метилтрансфераза белсенділігінің шағын пайызын қамтиды. Dnmt1 делециясы бар гомозиготалық егеуқұйрық эмбриондары жүктіліктің 10–11 күнінде өледі.
DNMT1 is the most abundant DNA methyltransferase in mammalian cells, and considered to be the key maintenance methyltransferase in mammals. It predominantly methylates hemimethylated CpG di nucleotides in the mammalian genome. The recognition motif for the human enzyme involves only three of the bases in the CpG dinucleotide pair: a C on one strand and CpG on the other. This relaxed substrate specificity requirement allows it to methylate unusual structures like DNA slippage intermediates at de novo rates that equal its maintenance rate. Like other DNA cytosine 5 methyltransferases the human enzyme recognizes flipped out cytosines in double stranded DNA and operates by the nucleophilic attack mechanism. In human cancer cells DNMT1 is responsible for both de novo and maintenance methylation of tumor suppressor genes. The enzyme is about 1,620 amino acids long. The first 1,100 amino acids constitute the regulatory domain of the enzyme, and the remaining residues constitute the catalytic domain. These are joined by Gly Lys repeats. Both domains are required for the catalytic function of DNMT1. DNMT1 has several isoforms, the somatic DNMT1, a splice variant (DNMT1b) and an oocyte specific isoform (DNMT1o). DNMT1o is synthesized and stored in the cytoplasm of the oocyte and translocated to the cell nucleus during early embryonic development, while the somatic DNMT1 is always found in the nucleus of somatic tissue. DNMT1 null mutant embryonic stem cells were viable and contained a small percentage of methylated DNA and methyltransferase activity. Mouse embryos homozygous for a deletion in Dnmt1 die at 10–11 days gestation.
TRDMT1
Бұл фермент прокариоттар мен эукариоттардың 5-метилцитозин метилтрансферазаларымен күшті тікелей байланысқа ие болғанымен, 2006 жылы фермент аспаргино қышқылының транскрипциялық РНК-сының 38-орынды метилирлейтіні, ал ДНК-ны метилирлемейтіні анықталды. Осы метилтрансферазаның атауы оның биологиялық функциясын дұрыс көрсету мақсатында DNMT2-ден TRDMT1 (tRNA аспаргино қышқылы метилтрансфераза 1) деп өзгертілді. TRDMT1 – адам жасушаларында анықталған алғашқы РНК цитозин метилтрансфераза.
Although this enzyme has strong sequence similarities with 5 methylcytosine methyltransferases of both prokaryotes and eukaryotes, in 2006, the enzyme was shown to methylate position 38 in aspartic acid transfer RNA and does not methylate DNA. The name for this methyltransferase has been changed from DNMT2 to TRDMT1 (tRNA aspartic acid methyltransferase 1) to better reflect its biological function. TRDMT1 is the first RNA cytosine methyltransferase to be identified in human cells.
DNMT3
DNMT3 – гемиметилденген және метилденбеген CpG-ні бірдей жылдамдықпен метилирлеуге қабілетті ДНК метилтрансферазалар тобы. DNMT3 ферменттерінің құрылымы DNMT1 ферментінің құрылымына ұқсас, онда реттеуші аймақ каталитикалық доменге жалғастырылған. DNMT3 тобының кем дегенде бес мүшесі бар: DNMT3a1, DNMT3a2, 3b, 3c және 3L. DNMT3a1, DNMT3a2 және DNMT3b гендердің промоторларындағы CpG сайттарының метилирленуіне қатысып, гендердің өршуін қамтамасыз етеді. Бұл ДНК метилтрансферазалары гендердің кодтау аймақтарындағы CpG сайттарын метилирлеуге де қабілетті, мұндай метилирлеу геннің транскрипциясын арттыруы мүмкін. DNMT3a1-ге қатысты жұмыстар оның H3K4me3 (транскрипцияны ынталандыратын белгі) және H3K27me3 (транскрипцияны басатын белгі) белгілерімен екі рет белгіленген CpG аралдарына басымдықпен орналасатынын көрсетті, бұл көптеген транскрипция факторларының промоторларымен сәйкес келеді. Нейрондардағы DNMT3a2-ге қатысты зерттеулер DNMT3a2 салдарынан болатын ДНК метилирлеу өзгерістерінің негізінен интергендік және интрон аймақтарында жүретінін анықтады. Бұл интергендік және интрон ДНК метилирлеулері энхансерлік белсенділікті, баламалы сплайсингті немесе кодтамайтын РНК экспрессиясын реттеуі мүмкін деп есептеледі. DNMT3a1 гетерохроматин ақуызы (HP1) және метил CpG байланыстыру ақуызы (MeCBP) сияқты бірқатар басқа факторлармен бірге орналаса алады. Олар сондай-ақ DNMT1-мен өзара әрекеттесе алады, бұл ДНК метилирлеу кезінде кооперативтік оқиға болуы мүмкін. DNMT3a CpG метилирлеуді CpA, CpT және CpC метилирлеуге артықшылық береді, бірақ DNMT3a және DNMT3b үшін метилирлеудің кейбір реттілік артықшылығы бар сияқты. DNMT3a CpG сайттарын DNMT1-ден әлдеқайда баяу, бірақ DNMT3b-ден жылдам метилирлейді. DNMT3a2 экспрессиясы DNMT3a1 және DNMT3b экспрессиясынан өзгеше, себебі DNMT3a2 экспрессиясы жақын арада ерте геннің үлгісімен жүзеге асады. DNMT3a2 нейрондарда экспрессиялануға, мысалы, жаңа нейрондық белсенділік арқылы ынталандырылады. Тышқанда гиппокамп нейрондарының жаңа ДНК метилирлеуінің жоғары деңгейі тышқанға есте қаларлық оқиға, мысалы, контексттік қорқыныш жағдайлары енгізілгеннен кейін байқалады. ДНМТ ингибиторларын миға енгізу ұзақ мерзімді естеліктердің қалыптасуына кедергі келтіреді. DNMT3L метилтрансфераза мотивтерін қамтиды және каталитикалық белсенділігі болмаса да, аналық геномдық іздерді құру үшін қажет. DNMT3L геномдық импринтинг жүзеге асырылатын гаметагенез кезінде экспрессияланады. DNMT3L жоғалуы аналық аллельмен әдетте экспрессияланбайтын гендердің биаллельдік экспрессиясына әкеледі. DNMT3L DNMT3a және DNMT3b-мен өзара әрекеттеседі және ядрода бірге орналасады. DNMT3L метилирлеуге қабілетсіз болғанымен, транскрипциялық репрессияға қатысуы мүмкін.
DNMT3 is a family of DNA methyltransferases that could methylate hemimethylated and unmethylated CpG at the same rate. The architecture of DNMT3 enzymes is similar to that of DNMT1, with a regulatory region attached to a catalytic domain. There are at least five members of the DNMT3 family: DNMT3a1, DNMT3a2, 3b, 3c and 3L. DNMT3a1, DNMT3a2 and DNMT3b can mediate methylation of CpG sites in gene promoters, resulting in gene repression. These DNA methyltransferases can also methylate CpG sites within the coding regions of genes, where such methylation can increase gene transcription. Work with DNMT3a1 showed it preferentially localized to CpG islands bivalently marked by H3K4me3 (a transcription promoting mark) and H3K27me3 (a transcription repressive mark), coinciding with the promoters of many transcription factors. Work with DNMT3a2, in neurons, found that the DNA methylation changes caused by DNMT3a2 predominantly occur in intergenic and intronic regions. These intergenic and intronic DNA methylations were thought to likely regulate enhancer activity, alternative splicing or the expression of non coding RNAs. DNMT3a1 can co localize with heterochromatin protein (HP1) and methyl CpG binding protein (MeCBP), among a number of other factors. They can also interact with DNMT1, which might be a co operative event during DNA methylation. DNMT3a prefers CpG methylation to CpA, CpT, and CpC methylation, though there appears to be some sequence preference of methylation for DNMT3a and DNMT3b. DNMT3a methylates CpG sites at a rate much slower than DNMT1, but greater than DNMT3b. The expression of DNMT3a2 differs from DNMT3a1 and DNMT3b because DNMT3a2 expression occurs in the pattern of an immediate early gene. DNMT3a2 is induced to express in neurons, for instance, by new neuronal activity. In a rat, high levels of new DNA methylations in neurons of the hippocampus occur after a memorable event is imposed on a rat, such as contextual fear conditioning. found that DNMT inhibitors, applied in the brain, prevented long term memories from forming. DNMT3L contains DNA methyltransferase motifs and is required for establishing maternal genomic imprints, despite being catalytically inactive. DNMT3L is expressed during gametogenesis when genomic imprinting takes place. The loss of DNMT3L leads to bi allelic expression of genes normally not expressed by the maternal allele. DNMT3L interacts with DNMT3a and DNMT3b and co localized in the nucleus. Though DNMT3L appears incapable of methylation, it may participate in transcriptional repression.