Гистон метилтрансфераза
Гистон-лизин N-метилтрансфераза | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
ЕС №. | 2.1.1.43 | ||
CAS №. | 9055-08-7 | ||
Базы данных | |||
Intenz | Intenz View | ||
Бренда | Бренда вход | ||
Расширение | Вид Nicezyme | ||
Кегг | Кегг вход | ||
Метатический | Метаболический путь | ||
Напрямую | профиль | ||
PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
Джин Онтология | Друг / Quickgo | ||
|
Гистон-метилтрансферазы ( HMT ) представляют собой гистон-модифицирующие ферменты (например, гистон-лизин N-метилтрансферазы и гистон-аргинин N-метилтрансферазы), которые катализируют перенос одной, двух или трех метильных групп в лизина и аргинина остатки белков гистоновых белков . Прикрепление метильных групп происходит преимущественно при специфических остатках лизина или аргинина на гистонах H3 и H4. [ 1 ] Существуют два основных типа гистон метилтранферазы: лизин-специфический (который может быть установлен ( s u (var) 3-9, Enhancer Zeste, t rithorax) , содержащий или не содержащий домен, содержащий не установленные) и специфичный для аргинина. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] В обоих типах гистон метилтрансферазы S-аденозилметионин (SAM) служит кофактором и метилоно-донорской группой. [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Геномная ДНК эукариот ассоциируется с гистонами с образованием хроматина . [ 8 ] Уровень уплотнения хроматина в значительной степени зависит от метилирования гистонов и других посттрансляционных модификаций гистонов. [ 9 ] Метилирование гистонов является основной эпигенетической модификацией хроматина [ 9 ] Это определяет экспрессию генов, стабильность генома, созревание стволовых клеток, развитие клеточной линии, генетическую импринтинг, метилирование ДНК и митоз клеток. [ 2 ]


Типы
[ редактировать ]Класс лизин-специфических гистон метилтрансферазы подразделяется на установленную доменную доменную и не установленную доменную домен. Как указано их прозвищами, они различаются по присутствию установленного домена, который является типом белкового домена.
Гены человека, кодирующие белки с активностью гистонметилтрансферазы, включают:
- Ash1l
- Dot1l
- EHMT1 , EHMT2 , EZH1 , EZH2
- MLL , MLL2 , MLL3 , MLL4 , MLL5
- NSD1
- PRDM2
- SET , SETBP1 , SETD1A , SETD1B , SETD2 , SETD3 , SETD4 , SETD5 , SETD6 , SETD7 , SETD8 , SETD9 , SETDB1 , SETDB2
- Setmar , Smyd1 , Smyd2 , Smyd3 , Smyd4 , Smyd5 , Suv39h1 , Suv39H2 , KMT5B , SUV420H2
Установите домен, содержащий лизин-специфический
[ редактировать ]Структура
[ редактировать ]Структуры, участвующие в активности метилтрансферазы, являются установленным доменом (состоит из приблизительно 130 аминокислот), предварительно установленных и доменов после установки. Предварительные и пост-сет-домены окружают установленную домен с обеих сторон. Предварительно установленная область содержит остатки цистеина, которые образуют треугольные кластеры цинка, плотно связывают атомы цинка и стабилизируют структуру. Сам заданный домен содержит каталитическое ядро, богатое β-цепи, которое, в свою очередь, составляет несколько областей β-листов. Часто β-цепи, обнаруженные в домене предварительного установки, образуют β-листы с β-цепи установленного домена, что приводит к небольшим изменениям в структуре SET. Эти небольшие изменения изменяют специфичность сайта остатка целевого остатка для метилирования и позволяют установочным домену метилтрансферазы нацелены на множество различных остатков. Это взаимодействие между предварительно установленным доменом и каталитическим ядром имеет решающее значение для ферментной функции. [ 1 ]
Каталитический механизм
[ редактировать ]Для того, чтобы реакция проходила, S-аденозилметионин (SAM) и остаток лизина хвоста подложки должны сначала быть связаны и должным образом ориентированы в каталитическом кармане установленного домена. Затем ближайший остаток тирозина деритонирует ε-амино группу остатка лизина. [ 10 ] Затем цепь лизина совершает нуклеофильную атаку на метильную группу на атом серы молекулы SAM, перенося метильную группу в боковую цепь лизина.

Незащитный домен, содержащий лизин-специфический
[ редактировать ]Вместо установки, не содержащая домен, содержащая гистон-метилтрансферазу использует фермент DOT1. В отличие от установленного домена, который нацелен на область хвоста лизина гистона, DOT1 метилизирует остаток лизина в шаровом ядре гистона и является единственным ферментом, известным для этого. [ 1 ] Возможный гомолог DOT1 был обнаружен в археи, который показывает способность метилировать архейный гистоноподобный белок в недавних исследованиях.
Структура
[ редактировать ]N -терминал DOT1 содержит активное сайт. Цикл, служащий сайтом связывания для SAM, связывает N-концевой и C-концевой домены каталитического домена DOT1. С-концевой важен для субстратной специфичности и связывания DOT1, поскольку регион несет положительный заряд, что позволяет благоприятное взаимодействие с отрицательно заряженной основой ДНК. [ 11 ] Из -за структурных ограничений DOT1 способен только метилировать гистон H3.
Аргиновый специфичный
[ редактировать ]Существует три различных типа белковых аргининовых метилтрансфераз (PRMT) и три типа метилирования, которые могут происходить в остатках аргинина на хвостах гистонов. Первый тип PRMT ( PRMT1 , PRMT3 , CARM1 ⧸PRMT4 и RMT1⧸HMT1) продуцируют монометиларгинин и асимметричный диметиларгинин (RME2A). [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Второй тип (JBP1⧸ PRMT5 ) производит монометил или симметричный диметиларгинин (RME2S). [ 5 ] Третий тип (PRMT7) производит только монометилированный аргинин. [ 15 ] Различия в паттернах метилирования PRMT возникают из -за ограничений в кармане связывания аргинина. [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]Каталитический домен PRMT состоит из домена связывания SAM и субстрата связывающего домена (всего около 310 аминокислот). [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Каждый PRMT имеет уникальную N-концевую область и каталитическое ядро. Остаток аргинина и SAM должны быть правильно ориентированы в связывающем кармане. SAM закреплен внутри кармана гидрофобным взаимодействием между адениновым кольцом и фенильным кольцом фенилаланина. [ 7 ]
Каталитический механизм
[ редактировать ]Глутамат на близлежащей петле взаимодействует с нитрогенами на остатках аргинина -мишени. Это взаимодействие перераспределяет положительный заряд и приводит к депротонированию одной азотной группы, [ 16 ] который затем может сделать нуклеофильную атаку на метильную группу SAM. Различия между двумя типами PRMT определяют следующую стадию метилирования: либо катализируя диметилирование одного азота, либо позволяет симметричное метилирование обеих групп. [ 5 ] Однако в обоих случаях протон, лишенный азота, диспергируется через протонную ретранскую систему гистидина и аспартата и выделяется в окружающую матрицу. [ 17 ]
Роль в регуляции генов
[ редактировать ]Метилирование гистона играет важную роль в эпигенетической регуляции генов . Метилированные гистоны могут либо репрессировать, либо активировать транскрипцию, как показывают различные экспериментальные данные, в зависимости от места метилирования. Например, вероятно, что метилирование лизина 9 на гистоне H3 (H3K9ME3) в области промотора генов предотвращает чрезмерную экспрессию этих генов и, следовательно, задерживает переход и/или пролиферацию клеточного цикла. [ 18 ] Напротив, метилирование остатков гистонов H3K4, H3K36 и H3K79 связано с транскрипционно активным эухроматином. [ 2 ]
В зависимости от сайта и симметрии метилирования метилированные аргинины считаются активирующими (гистон H4R3ME2A, H3R2ME2S, H3R17ME2A, H3R26ME2A) или репрессивный (H3R2ME2A, H3R8ME2A, H3R8ME2S, H4R3ME2S). [ 15 ] Как правило, влияние гистон -метилтрансферазы на экспрессию генов сильно зависит от того, какой гистоновый остаток метилат. См. Регуляция гистона#хроматина .
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Аномальная экспрессия или активность ферментов, регулирующих метилирование, были отмечены в некоторых типах рака человека, что предполагает ассоциации между метилированием гистонов и злокачественной трансформацией клеток или образованием опухолей. [ 18 ] В последние годы эпигенетическая модификация гистоновых белков, особенно метилирование гистона H3, в развитии рака была областью новых исследований. В настоящее время общепризнанно, что в дополнение к генетическим аберрациям рак может быть инициирован эпигенетическими изменениями, при которых экспрессия генов изменяется без геномных аномалий. Эти эпигенетические изменения включают потерю или усиление метилирования как в ДНК, так и в гистоновых белках. [ 18 ]
Пока нет убедительных доказательств того, что раковые заболевания развиваются исключительно из -за аномалий в метилировании гистонов или его сигнальных путях, однако они могут быть способствующим фактором. Например, подавление метилирования лизина 9 на гистоне 3 (H3K9me3) наблюдалось в нескольких типах рака человека (таких как колоректальный рак, рак яичников и рак легких), которые возникают либо из дефицита H3K9 метилтрансферазы, либо из-за дефицита H3K9 или метилтрансферазы H3K9 или рака H3K9 или рак H3K9) повышенная активность или экспрессия деметилаз H3K9. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
Репарация ДНК
[ редактировать ]Метилирование гистонового лизина играет важную роль в выборе пути восстановления разрывов с двумя целями ДНК . [ 21 ] В качестве примера, триметилированный H3K36 восстановления требуется для гомологичного рекомбинационного , в то время как диметилированный H4K20 может рекрутировать белок 53BP1 для восстановления путем не-гомологичного конца соединения .
Дальнейшие исследования
[ редактировать ]Гистонметилтрансфераза может использоваться в качестве биомаркеров для диагностики и прогноза рака. Кроме того, многие вопросы по -прежнему остаются в отношении функции и регуляции гистон -метилтрансфераз при злокачественной трансформации клеток, канцерогенеза ткани и онкогенез. [ 18 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Модифицирующие гистон ферменты
- Гистон ацетилтрансфераза (HAT)
- Гистондеацетилаза (HDAC)
- Контроль РНК -полимеразы структурой хроматина
- Метилирование гистона
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Вуд А, Шилатифард А (2004). «Посттрансляционные модификации гистонов путем метилирования» . В Conaway JW, Conaway RC (Eds.). Белки в эукариотической транскрипции . Достижения в химии белка. Тол. 67. Амстердам: Elsevier Academic Press. С. 201–222. doi : 10.1016/s0065-3233 (04) 67008-2 . ISBN 0-12-034267-7 Полем PMID 14969729 .
- ^ Jump up to: а беременный в Саван С., Херцег З. (2010). «Модификации гистонов и рак» . В Ушидзима Т, Херцег З. (ред.). Эпигенетика и рак, часть A, том 70 . Достижения в области генетики. Тол. 70. Бостон: академическая пресса. С. 57–85. doi : 10.1016/b978-0-12-380866-0.60003-4 . ISBN 978-0-12-380866-0 Полем PMID 20920745 .
- ^ Feng Q, Wang H, Ng HH, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Struhl K, Zhang Y (июнь 2002 г.). «Метилирование H3-лизина 79 опосредовано новым семейством HMTases без установленного домена» . Карт Биол . 12 (12): 1052–8. doi : 10.1016/s0960-9822 (02) 00901-6 . PMID 12123582 . S2CID 17263035 .
- ^ NG HH, Feng Q, Wang H, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Zhang Y, Struhl K (июнь 2002 г.). «Метилирование лизина в глобулярном домене гистона H3 с помощью DOT1 важно для теломерного молчания и ассоциации белка SIR» . Гены Дев . 16 (12): 1518–27. doi : 10.1101/gad.1001502 . PMC 186335 . PMID 12080090 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Бранскомб Т.Л., Франкель А., Ли Дж.Х., Кук Дж. Р., Ян З., Пестрка С., Кларк С. (август 2001 г.). «PRMT5 (Janus Kinase-связывающий белок 1) катализирует образование симметричных остатков диметиларгинина в белках» . Дж. Биол. Химический 276 (35): 32971–6. doi : 10.1074/jbc.m105412200 . PMID 11413150 .
- ^ Jump up to: а беременный Weiss VH, McBride AE, Soriano MA, Filman DJ, Silver PA, Hogle JM (декабрь 2000 г.). «Структура и олигомеризация дрожжевой аргининовой метилтрансферазы, HMT1» . НАТ Структура Биол . 7 (12): 1165–71. doi : 10.1038/82028 . PMID 11101900 . S2CID 11575783 .
- ^ Jump up to: а беременный в Zhang X, Zhou L, Cheng X (июль 2000 г.). «Кристаллическая структура консервативного ядра белкового аргининин метилтрансферазы Prmt3» . Embo j . 19 (14): 3509–19. doi : 10.1093/emboj/19.14.3509 . PMC 313989 . PMID 10899106 .
- ^ «Сеть хроматина» . Получено 1 марта 2012 года .
- ^ Jump up to: а беременный Kouzarides T (февраль 2007 г.). «Модификации хроматина и их функция» . Клетка . 128 (4): 693–705. doi : 10.1016/j.cell.2007.02.005 . PMID 17320507 .
- ^ Trievel RC, Beach BM, Dirk LM, Houtz RL, Hurley JH (октябрь 2002 г.). «Структура и каталитический механизм установленного доменного белка метилтрансферазы» . Клетка . 111 (1): 91–103. doi : 10.1016/s0092-8674 (02) 01000-0 . PMID 12372303 .
- ^ Min J, Feng Q, Li Z, Zhang Y, Xu RM (март 2003 г.). «Структура каталитического домена человеческого DOT1L, не установленного домена нуклеосомной гистон-метилтрансферазы» . Клетка . 112 (5): 711–23. doi : 10.1016/s0092-8674 (03) 00114-4 . PMID 12628190 .
- ^ Chen D, Ma H, Hong H, Koh SS, Huang SM, Schurter BT, Aswad DW, Stallcup MR (июнь 1999 г.). «Регуляция транскрипции белком метилтрансферазой». Наука . 284 (5423): 2174–7. doi : 10.1126/science.284.5423.2174 . PMID 10381882 .
- ^ Гари Д.Д., Лин В.Дж., Ян М.К., Хершман Хр, Кларк С. (май 1996). «Преобладающая белка-аргинининовая метилтрансфераза из Saccharomyces cerevisiae» . Дж. Биол. Химический 271 (21): 12585–94. doi : 10.1074/jbc.271.21.12585 . PMID 8647869 .
- ^ McBride AE, Weiss VH, Kim HK, Hogle JM, Silver PA (февраль 2000 г.). «Анализ дрожжевой аргининовой метилтрансферазы HMT1P/RMT1P и его функции in vivo. Связывание кофакторов и взаимодействие субстрата» . Дж. Биол. Химический 275 (5): 3128–36. doi : 10.1074/jbc.275.5.3128 . PMID 10652296 .
- ^ Jump up to: а беременный Blanc, Roméo S.; Ричард, Стефан (2017). «Метилирование аргинина: возраст» . Молекулярная клетка . 65 (1): 8–24. doi : 10.1016/j.molcel.2016.11.003 . PMID 28061334 .
- ^ McBride AE, Silver PA (июль 2001 г.). «Состояние ARG: метилирование белка в аргинине достигается возрастом» . Клетка . 106 (1): 5–8. doi : 10.1016/s0092-8674 (01) 00423-8 . PMID 11461695 .
- ^ Fersht AR, Sperling J (февраль 1973 г.). «Система реле заряда в химотрипсине и химотрипсиноген» . J. Mol. Биол . 74 (2): 137–49. doi : 10.1016/0022-2836 (73) 90103-4 . PMID 4689953 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Чен Ф., Кан Х, Кастранова В. (2010). «Метилирование лизина 9 гистона H3: роль гетерохроматиновой модуляции и онкогенеза» . В Tollefsbol to (ed.). Справочник по эпигенетике: новая молекулярная и медицинская генетика . Бостон: Академическая пресса. С. 149–157. doi : 10.1016/b978-0-12-375709-8.00010-1 . ISBN 978-0-12-375709-8 .
- ^ Espino PS, Drobic B, Dunn KL, Davie Jr (апрель 2005 г.). «Модификации гистонов как платформа для терапии рака» . J. Cell. Биохимия . 94 (6): 1088–102. doi : 10.1002/jcb.20387 . PMID 15723344 .
- ^ Hamamoto R, Furukawa Y, Morita M, Iimura Y, Silva FP, Li M, Yagyu R, Nakamura Y (август 2004 г.). «SMYD3 кодирует гистон -метилтрансферазу, участвующую в пролиферации раковых клеток» . НАТ Клеточная биол . 6 (8): 731–40. doi : 10.1038/ncb1151 . PMID 15235609 . S2CID 13456531 .
- ^ Wei S, Li C, Yin Z, Wen J, Meng H, Xue L, Wang J (2018). «Метилирование гистонов при репарации ДНК и клинической практике: новые результаты за последние 5 лет» . J Рак . 9 (12): 2072–2081. doi : 10.7150/jca.23427 . PMC 6010677 . PMID 29937925 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Trievel RC (2004). «Структура и функция гистон метилтрансферазы». Критическое Преподобный Эукариот. Ген Expr . 14 (3): 147–69. doi : 10.1615/critreveukaryotgeneexpr.v14.i3.10 . PMID 15248813 .
- Conde F, Refolio E, Cordón-Preciado V, Cortés-Ledesma F, Aragón L, Aguilera A, San-Segundo PA (июнь 2009 г.). «Гистон-метилтрансфераза DOT1 и адаптер контрольной точки RAD9 способствуют когезинозависимому репарации с двойным разрывом с помощью родственной хроматидной рекомбинации в сахармиках cerevisiae» . Генетика . 182 (2): 437–46. doi : 10.1534/Genetics.109.101899 . PMC 2691753 . PMID 19332880 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Genersers/NCBI/NIH/ваша запись на синдроме Kleefstra
- Гистон-лизин+N-метилтрансфераза в Национальной библиотеке медицинской библиотеки США медицинские заголовки (Mesh)
- Белок-аргинин+N-метилтрансфераза в Национальной библиотеке медицинской библиотеки Медицинской библиотеки США (Mesh)