ДНК-аденинметилаза
Прокариотический фермент
Сайт-специфическая ДНК-метилтрансфераза (аденин-специфическая)
Идентификаторы
Номер ЕС2.1.1.72
Номер CAS69553-52-2
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

ДНК - аденинметилаза (Dam) [1] (также сайт-специфическая ДНК-метилтрансфераза (аденин-специфическая) , EC 2.1.1.72, модификационная метилаза , система рестрикции-модификации ) — фермент , который добавляет метильную группу к аденину последовательности 5'-GATC-3' во вновь синтезированной ДНК . [2] [3] Сразу после синтеза ДНК дочерняя цепь остается неметилированной в течение короткого времени. [4] Это сиротская метилтрансфераза, которая не является частью системы рестрикции-модификации и регулирует экспрессию генов. [5] [6] [7] [8] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию

S-аденозил-L-метионин + ДНК аденин S-аденозил-L-гомоцистеин + ДНК 6-метиламинопурин ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Это большая группа ферментов, уникальных для прокариот и бактериофагов. [9]

Фермент ДНК-аденинметилтрансфераза E. coli (Dam) широко используется для метода профилирования хроматина DamID , в котором Dam сливается с интересующим ДНК-связывающим белком и экспрессируется как трансген в генетически управляемом модельном организме для идентификации участков связывания белка. [10]

Dam метилирует аденин сайтов GATC после репликации.

Роль в исправлении ошибок спаривания ДНК

Когда ДНК-полимераза совершает ошибку, приводящую к несовпадению пар оснований или небольшой вставке или удалению во время синтеза ДНК , клетка будет восстанавливать ДНК с помощью пути, называемого репарацией несоответствий . Однако клетка должна уметь различать цепочку-шаблон и вновь синтезированную цепочку. У некоторых бактерий цепи ДНК метилируются метилазой Dam, и поэтому сразу после репликации ДНК будет полуметилирована. [4] Фермент репарации MutS связывается с несовпадениями в ДНК и привлекает MutL, который впоследствии активирует эндонуклеазу MutH. MutH связывает полуметилированные сайты GATC и при активации селективно расщепляет неметилированную дочернюю цепочку, позволяя геликазе и экзонуклеазам вырезать зарождающуюся цепочку в области, окружающей несоответствие. [4] [11] Затем цепочка повторно синтезируется ДНК-полимеразой III .

Роль в регуляции репликации

Активация начала репликации (oriC) в бактериальных клетках строго контролируется, чтобы гарантировать, что репликация ДНК происходит только один раз во время каждого деления клетки. Частично это можно объяснить медленным гидролизом АТФ DnaA, белком, который связывается с повторами в oriC для инициирования репликации. Метилаза Dam также играет свою роль, поскольку oriC имеет 11 последовательностей 5'-GATC-3' (в E. coli ). Сразу после репликации ДНК oriC полуметилируется и изолируется на некоторое время. Только после этого oriC высвобождается и должен быть полностью метилирован метилазой Dam, прежде чем произойдет связывание DnaA.

Роль в регуляции экспрессии белков

Dam также играет роль в продвижении и репрессии транскрипции РНК . В E. coli последовательности GATC ниже по течению метилированы , что способствует транскрипции. Например, изменение фазы пилей , ассоциированных с пиелонефритом (PAP) , в уропатогенной E. coli контролируется Dam посредством метилирования двух участков GATC проксимальнее и дистальнее промотора PAP . [ 12] Учитывая его роль в регуляции белков в E. coli , ген метилазы Dam не является существенным, поскольку отключение гена все еще оставляет бактерии жизнеспособными. [13] Сохранение жизнеспособности, несмотря на отключение гена dam , также наблюдается у Salmonella и Aggregatibacter actinomycetemcomitans . [14] [15] Однако у таких организмов, как Vibrio cholerae и Yersinia pseudotuberculosis , ген dam необходим для жизнеспособности. [16] Выключение гена dam в Aggregatibacter actinomycetemcomitans привело к нарушению регуляции уровня белка, лейкотоксина, а также к снижению способности микроба проникать в эпителиальные клетки полости рта. [15] Кроме того, исследование Streptococcus mutans с дефицитом метилазы Dam , стоматологического патогена, выявило нарушение регуляции 103 генов, некоторые из которых обладают кариесогенным потенциалом. [16]

Конструктивные особенности

Сходство в каталитических доменах C5-цитозинметилтрансфераз и N6 и N4-аденинметилтрансфераз вызвало большой интерес к пониманию основы функциональных сходств и различий. Метилтрансферазы или метилазы подразделяются на три группы (группы α, β и γ) на основе последовательного порядка определенных 9 мотивов и домена распознавания цели (TRD). [17] Мотив I состоит из трипептида Gly-X-Gly и называется G-петлей и участвует в связывании кофактора S-аденозилметионина . [18] Мотив II является высококонсервативным среди N4 и N6-аденинметилаз и содержит отрицательно заряженную аминокислоту, за которой следует гидрофобная боковая цепь в последних положениях цепи β2 для связывания AdoMet . [17] Мотив III также участвует в связывании Adomet. Мотив IV особенно важен и хорошо известен в характеристиках метилазы. Он состоит из дипролильного компонента и высококонсервативен среди N6-аденинметилтрансфераз как мотив DPPY, однако этот мотив может варьироваться для N4-аденин и C5-цитозинметилтрансфераз. Было обнаружено, что мотив DPPY необходим для связывания AdoMet. [19] Мотивы IV-VIII играют роль в каталитической активности, в то время как мотивы 1-III и X играют роль в связывании кофактора. Для N6-аденинметилаз последовательный порядок для этих мотивов следующий: N-концевой - X - I - II - III - TRD - IV - V - VI - VII - VIII - C-концевой, и метилаза Dam E. coli следует этой структурной последовательности. [17] Кристаллографический эксперимент 2015 года показал, что метилаза Dam E. coli способна связывать не-GATC ДНК с той же последовательностью мотивов, которая обсуждалась; авторы полагают, что полученная структура может служить основанием для подавления транскрипции, которая не основана на метилировании. [20]

Рентгеновская кристаллическая структура демонстрирует метилазу Dam Escherichia coli, связанную с двухцепочечной ДНК, и ингибитор синифунгин.
Рентгеновская кристаллическая структура метилазы Dam E. coli показывает фермент, связанный с двухцепочечной ДНК, и ингибитор синифунгин. Модифицируемый аденин показан в виде синей палочки, вывернутой из двойной спирали и направленной внутрь фермента.

Орфанные бактериальные и бактериофаговые метилазы

Метилаза Dam — это сиротская метилтрансфераза, которая не является частью системы рестрикции-модификации, но действует независимо, регулируя экспрессию генов, исправление ошибок спаривания и бактериальную репликацию среди многих других функций. Это не единственный пример сиротской метилтрансферазы, поскольку существует регулируемая клеточным циклом метилтрансфераза (CcrM), которая метилирует 5'-GANTC-'3 полуметилированную ДНК для контроля жизненного цикла Caulobacter crescentus и других родственных видов. [21]

В отличие от своих бактериальных аналогов, фаговые сироты метилтрансферазы также существуют, и наиболее заметны в T2, T4 и других T-четных бактериофагах, которые инфицируют E. coli. [5] В исследовании было выявлено, что, несмотря на общую гомологию последовательностей, аминокислотные последовательности метилазы Dam E. coli и T4 имеют идентичность последовательностей до 64% ​​в четырех областях длиной от 11 до 33 остатков, что предполагает общее эволюционное происхождение генов бактериальной и фаговой метилазы. [22] Метилазы T2 и T4 отличаются от метилазы Dam E. coli не только своей способностью метилировать 5-гидроксиметилцитозин, но и метилировать неканонические сайты ДНК. Несмотря на обширную характеристику in vitro этих избранных фаговых сирот метилтрансфераз, их биологическое предназначение до сих пор не ясно. [5]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Браун, Теренс (2002). "Глава 14: Мутация, ремонт и рекомбинация. Раздел 2.3". Геномы. Garland Science. ISBN 0-471-25046-5.
  2. ^ Marinus MG, Morris NR (июнь 1973 г.). «Выделение мутантов метилазы дезоксирибонуклеиновой кислоты Escherichia coli K-12». Журнал бактериологии . 114 (3): 1143–50. doi :10.1128/JB.114.3.1143-1150.1973. PMC 285375. PMID  4576399 . 
  3. ^ Geier GE, Modrich P (февраль 1979). «Последовательность распознавания метилазы dam Escherichia coli K12 и способ расщепления эндонуклеазы Dpn I». Журнал биологической химии . 254 (4): 1408–13. PMID  368070.
  4. ^ abc Barras F, Marinus MG (1989). "Великий GATC: метилирование ДНК в E. coli". Trends in Genetics . 5 (5): 139–143. doi :10.1016/0168-9525(89)90054-1. PMID  2667217.
  5. ^ abc Murphy J, Mahony J, Ainsworth S, Nauta A, van Sinderen D (декабрь 2013 г.). «ДНК-метилтрансферазы бактериофагов-сирот: понимание их бактериального происхождения, функции и возникновения». Applied and Environmental Microbiology . 79 (24): 7547–55. doi :10.1128/aem.02229-13. PMC 3837797 . PMID  24123737. 
  6. ^ Кесслер С, Манта В (август 1990). «Специфичность эндонуклеаз рестрикции и метилтрансфераз модификации ДНК, обзор (издание 3)». Gene . 92 (1–2): 1–248. doi :10.1016/0378-1119(90)90486-B. PMID  2172084.
  7. ^ Робертс Р. Дж. (апрель 1990 г.). «Рестрикционные ферменты и их изошизомеры». Nucleic Acids Research . 18 Suppl: 2331–65. doi :10.1093/nar/18.suppl.2331. PMC 331877. PMID  2159140 . 
  8. ^ Юань Р. (1981). «Структура и механизм действия многофункциональных эндонуклеаз рестрикции». Annual Review of Biochemistry . 50 : 285–319. doi :10.1146/annurev.bi.50.070181.001441. PMID  6267988.
  9. ^ Робертс Р. Дж., Маселис Д. (ред.). "База данных ферментов рестрикции". REBASE . Получено 22 февраля 2020 г. .
  10. ^ Aughey GN, Southall TD (январь 2016 г.). «Dam it's good! DamID profiling of protein-DNA interactions». Wiley Interdisciplinary Reviews. Developmental Biology . 5 (1): 25–37. doi :10.1002/wdev.205. PMC 4737221. PMID  26383089 . 
  11. ^ Løbner-Olesen A, Skovgaard O, Marinus MG (апрель 2005 г.). «Dam methylation: coordinating cellular processes». Current Opinion in Microbiology . 8 (2): 154–60. doi :10.1016/j.mib.2005.02.009. PMID  15802246.
  12. ^ Casadesús J, Low D (сентябрь 2006 г.). «Эпигенетическая регуляция генов в бактериальном мире». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 70 (3): 830–56. doi :10.1128/MMBR.00016-06. PMC 1594586. PMID  16959970 . 
  13. ^ Bale A, d'Alarcao M, Marinus MG (февраль 1979). "Характеристика мутантов метилирования аденина ДНК Escherichia coli K12". Mutation Research . 59 (2): 157–65. doi :10.1016/0027-5107(79)90153-2. PMID  375073.
  14. ^ Николсон Б., Лоу Д. (февраль 2000 г.). «Регулирование экспрессии pef в Salmonella typhimurium, зависящее от метилирования ДНК». Молекулярная микробиология . 35 (4): 728–42. doi :10.1046/j.1365-2958.2000.01743.x. PMID  10692151.
  15. ^ ab Wu H, Lippmann JE, Oza JP, Zeng M, Fives-Taylor P, Reich NO (август 2006 г.). «Инактивация ДНК-аденинметилтрансферазы изменяет факторы вирулентности у Actinobacillus actinomycetemcomitans». Oral Microbiology and Immunology . 21 (4): 238–44. doi :10.1111/j.1399-302x.2006.00284.x. PMID  16842508.
  16. ^ ab Julio SM, Heithoff DM, Provenzano D, Klose KE, Sinsheimer RL, Low DA, Mahan MJ (декабрь 2001 г.). «ДНК-аденинметилаза необходима для жизнеспособности и играет роль в патогенезе Yersinia pseudotuberculosis и Vibrio cholerae». Инфекция и иммунитет . 69 (12): 7610–5. doi :10.1128/iai.69.12.7610-7615.2001. PMC 98854. PMID  11705940 . 
  17. ^ abc Malone T, Blumenthal RM, Cheng X (ноябрь 1995 г.). «Анализ, управляемый структурой, выявляет девять мотивов последовательностей, сохраняющихся среди ДНК-аминометилтрансфераз, и предлагает каталитический механизм для этих ферментов». Журнал молекулярной биологии . 253 (4): 618–32. doi :10.1006/jmbi.1995.0577. PMID  7473738.
  18. ^ Schluckebier G, O'Gara M, Saenger W, Cheng X (март 1995). «Универсальная каталитическая доменная структура AdoMet-зависимых метилтрансфераз». Журнал молекулярной биологии . 247 (1): 16–20. doi :10.1006/jmbi.1994.0117. PMID  7897657.
  19. ^ Коссых ВГ, Шлагман СЛ, Хаттман С (июль 1993). "Консервативный мотив последовательности DPPY в регионе IV ДНК-[N-аденин]-метилтрансферазы фага T4 Dam важен для связывания S-аденозил-L-метионина". Nucleic Acids Research . 21 (15): 3563–6. doi :10.1093/nar/21.15.3563. PMC 331459 . PMID  16617501. 
  20. ^ Horton JR, Zhang X, Blumenthal RM, Cheng X (апрель 2015 г.). «Структуры аденинметилтрансферазы ДНК Escherichia coli (Dam) в комплексе с не-GATC последовательностью: потенциальные последствия для независимой от метилирования репрессии транскрипции». Nucleic Acids Research . 43 (8): 4296–308. doi :10.1093/nar/gkv251. PMC 4417163 . PMID  25845600. 
  21. ^ Цвайгер Г., Марчински Г., Шапиро Л. (январь 1994 г.). «Метилтрансфераза ДНК каулобактерий, функционирующая только в клетках, находящихся в стадии предварительного деления». Журнал молекулярной биологии . 235 (2): 472–85. doi :10.1006/jmbi.1994.1007. PMID  8289276.
  22. ^ Hattman S, Wilkinson J, Swinton D, Schlagman S, Macdonald PM, Mosig G (ноябрь 1985 г.). "Общее эволюционное происхождение генов ДНК-аденинметилтрансферазы dam фага T4 и хозяина Escherichia coli dam". Journal of Bacteriology . 164 (2): 932–7. doi :10.1128/JB.164.2.932-937.1985. PMC 214344 . PMID  3902803. 
  • http://fangman-brewer.genetics.washington.edu/hemimethylation.html
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ДНК_аденин_метилаза&oldid=1187344055"