ДНК-аденин-метилаза
| Сайт-специфическая ДНК-метилтрансфераза (аденин-специфическая) | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.1.1.72 | ||
| Номер CAS. | 69553-52-2 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| |||
ДНК-аденин-метилаза ( Dam) [ 1 ] (также сайт-специфическая ДНК-метилтрансфераза (аденин-специфическая) , EC 2.1.1.72 , модификационная метилаза , система рестрикции-модификации ) — фермент , добавляющий метильную группу к аденину последовательности 5'-GATC-3' в новых синтезированная ДНК . [ 2 ] [ 3 ] Сразу после синтеза ДНК дочерняя цепь некоторое время остается неметилированной. [ 4 ] Это орфанная 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
Это большая группа ферментов, уникальных для прокариот и бактериофагов. [ 9 ]
Фермент ДНК-аденин-метилтрансфераза E. coli (Dam) широко используется для метода профилирования хроматина DamID , в котором Dam сливают с интересующим ДНК-связывающим белком и экспрессируют в виде трансгена в генетически поддающемся модельному организму для идентификации белка. сайты связывания. [ 10 ]
Роль в восстановлении несоответствий ДНК
[ редактировать ]Когда ДНК-полимераза совершает ошибку, приводящую к несовпадению пары оснований или небольшой вставке или удалению во время синтеза ДНК , клетка восстанавливает ДНК с помощью пути, называемого восстановлением несоответствия . Однако клетка должна быть способна различать цепь матрицы и вновь синтезированную цепь. У некоторых цепи бактерий ДНК метилируются Dam-метилазой, поэтому сразу после репликации ДНК будет гемиметилирована. [ 4 ] Фермент репарации MutS связывается с несоответствиями ДНК и рекрутирует MutL, который впоследствии активирует эндонуклеазу MutH. MutH связывает гемиметилированные сайты GATC и при активации избирательно расщепляет неметилированную дочернюю цепь, позволяя хеликазе и экзонуклеазам удалить возникающую цепь в области, окружающей несоответствие. [ 4 ] [ 11 ] Затем цепь повторно синтезируется ДНК-полимеразой III .
Роль в регуляции репликации
[ редактировать ]Запуск начала репликации (oriC) в бактериальных клетках строго контролируется, чтобы гарантировать, что репликация ДНК происходит только один раз во время каждого клеточного деления. Частично это можно объяснить медленным гидролизом АТФ с помощью DnaA, белка, который связывается с повторами в oriC, чтобы инициировать репликацию. Dam-метилаза также играет роль, поскольку oriC имеет 11 последовательностей 5'-GATC-3' (в E. coli ). Сразу после репликации ДНК oriC гемиметилируется и изолируется на некоторое время. Только после этого oriC высвобождается и должен быть полностью метилирован Dam-метилазой, прежде чем произойдет связывание DnaA.
Роль в регуляции экспрессии белка
[ редактировать ]Dam также играет роль в стимулировании и подавлении транскрипции РНК . В E. coli нижестоящие последовательности GATC метилированы , что способствует транскрипции. Например, пиелонефритом , ассоциированных с пилей (PAP), изменение фазы в уропатогенных E. coli контролируется Dam посредством метилирования двух сайтов GATC, проксимальных и дистальных к промотору PAP . [ 12 ] Учитывая его роль в регуляции белка в E. coli , ген Dam-метилазы не является существенным, поскольку нокаут гена все равно оставляет бактерии жизнеспособными. [ 13 ] Сохранение жизнеспособности, несмотря на нокаут гена плотины , также наблюдается у Salmonella и Aggregatibacter actinomycetemcomitans . [ 14 ] [ 15 ] Однако в таких организмах, как Vibrio cholerae и Yersinia pseudotuberculosis , ген dam необходим для жизнеспособности. [ 16 ] Нокаут гена dam у Aggregatibacter actinomycetemcomitans привел 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 Dam-метилазы , стоматологического патогена, выявило нарушение регуляции 103 генов, некоторые из которых обладают кариесогенным потенциалом. [ 16 ]
Конструктивные особенности
[ редактировать ]Сходство каталитических доменов C5-цитозинметилтрансфераз и N6 и N4-аденинметилтрансфераз представило большой интерес для понимания основ функционального сходства и различия. Метилтрансферазы или метилазы подразделяются на три группы (группы α, β и γ) на основании последовательного порядка определенных 9 мотивов и целевого домена распознавания (TRD). [ 17 ] Мотив I состоит из трипептида Gly-X-Gly, называется G-петлей и участвует в связывании кофактора S-аденозилметионина . [ 18 ] Мотив II высококонсервативен 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 Адомета. Мотив IV особенно важен и хорошо известен при характеристике метилазы. Он состоит из дипролильного компонента и высоко консервативен среди N6-аденинметилтрансфераз как мотив DPPY, однако этот мотив может варьировать для N4-аденин- и C5-цитозинметилтрансфераз. Было обнаружено, что мотив DPPY важен для связывания AdoMet. [ 19 ] Мотивы IV-VIII играют роль в каталитической активности, а мотивы 1-III и X играют роль в связывании кофактора. Для N6-аденинметилазы последовательный порядок этих мотивов следующий: N-концевой - X - I - II - III - TRD - IV - V - VI - VII - VIII - C-концевой E. и coli Dam-метилаза следует этой структурной последовательности. [ 17 ] Кристаллографический эксперимент 2015 года показал, E. что метилаза Dam coli была способна связывать ДНК, не относящуюся к GATC, с той же последовательностью обсуждаемых мотивов; авторы полагают, что полученная структура может служить основой для репрессии транскрипции, не основанной на метилировании. [ 20 ]
Орфанные бактериальные и бактериофаговые метилазы
[ редактировать ]Dam-метилаза представляет собой орфанную метилтрансферазу, которая не является частью системы рестрикции-модификации, но действует независимо, регулируя экспрессию генов, восстановление несоответствий и репликацию бактерий, а также многие другие функции. Это не единственный пример орфанной метилтрансферазы, поскольку существует метилтрансфераза, регулируемая клеточным циклом (CcrM), которая метилирует полуметилированную ДНК 5'-GANTC-'3, чтобы контролировать жизненный цикл Caulobacter crescentus и других родственных видов. [ 21 ]
В отличие от своих бактериальных аналогов, фаговые орфанные метилтрансферазы также существуют, особенно в Т2, Т4 и других Т-четных бактериофагах, которые инфицируют E. coli. [ 5 ] В ходе исследования было установлено, что, несмотря на какую-либо гомологию последовательностей, аминокислотные последовательности метилазы E. coli и T4 Dam имеют идентичность последовательностей до 64% в четырех областях длиной от 11 до 33 остатков, что предполагает общее эволюционное происхождение бактериальных и гены фаговой метилазы. [ 22 ] Метилазы Т2 и Т4 отличаются от метилазы Dam E. coli не только способностью метилировать 5-гидроксиметилцитозин, но и метилировать неканонические участки ДНК. Несмотря на обширное исследование in vitro этих избранных фаговых орфанных метилтрансфераз, их биологическое назначение до сих пор не ясно. [ 5 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Браун, Теренс (2002). «Глава 14: Мутация, репарация и рекомбинация. Раздел 2.3». Геномы . Гирляндная наука. ISBN 0-471-25046-5 .
- ^ Маринус М.Г., Моррис Н.Р. (июнь 1973 г.). «Выделение мутантов метилазы дезоксирибонуклеиновой кислоты Escherichia coli K-12» . Журнал бактериологии . 114 (3): 1143–50. дои : 10.1128/JB.114.3.1143-1150.1973 . ПМЦ 285375 . ПМИД 4576399 .
- ^ Гейер Г.Е., Модрич П. (февраль 1979 г.). «Последовательность распознавания dam-метилазы Escherichia coli K12 и способ расщепления эндонуклеазы Dpn I». Журнал биологической химии . 254 (4): 1408–13. ПМИД 368070 .
- ^ Jump up to: а б с Баррас Ф., Маринус М.Г. (1989). «Великий GATC: метилирование ДНК в E. coli». Тенденции в генетике . 5 (5): 139–143. дои : 10.1016/0168-9525(89)90054-1 . ПМИД 2667217 .
- ^ Jump up to: а б с Мерфи Дж., Махони Дж., Эйнсворт С., Наута А., ван Синдерен Д. (декабрь 2013 г.). «ДНК-метилтрансферазы бактериофагов-сирот: понимание их бактериального происхождения, функций и возникновения» . Прикладная и экологическая микробиология . 79 (24): 7547–55. дои : 10.1128/aem.02229-13 . ПМЦ 3837797 . ПМИД 24123737 .
- ^ Кесслер С., Манта V (август 1990 г.). «Обзор специфичности эндонуклеаз рестрикции и метилтрансфераз модификации ДНК (издание 3)». Джин . 92 (1–2): 1–248. дои : 10.1016/0378-1119(90)90486-Б . ПМИД 2172084 .
- ^ Робертс Р.Дж. (апрель 1990 г.). «Ферменты рестрикции и их изошизомеры» . Исследования нуклеиновых кислот . 18 Приложение: 2331–65. дои : 10.1093/nar/18.suppl.2331 . ПМК 331877 . ПМИД 2159140 .
- ^ Юань Р. (1981). «Структура и механизм многофункциональных эндонуклеаз рестрикции». Ежегодный обзор биохимии . 50 : 285–319. дои : 10.1146/annurev.bi.50.070181.001441 . ПМИД 6267988 .
- ^ Робертс Р.Дж., Маселис Д. (ред.). «База данных рестрикционных ферментов» . РЕБЕЙЗ . Проверено 22 февраля 2020 г.
- ^ Оги Дж.Н., Саутхолл, Т.Д. (январь 2016 г.). «Черт, это хорошо! DamID профилирование взаимодействий белок-ДНК» . Междисциплинарные обзоры Wiley. Биология развития . 5 (1): 25–37. дои : 10.1002/wdev.205 . ПМЦ 4737221 . ПМИД 26383089 .
- ^ Лёбнер-Олесен А., Сковгаард О., Маринус М.Г. (апрель 2005 г.). «Метилирование плотины: координация клеточных процессов». Современное мнение в микробиологии . 8 (2): 154–60. дои : 10.1016/j.mib.2005.02.009 . ПМИД 15802246 .
- ^ Касадесус Дж., Лоу Д. (сентябрь 2006 г.). «Эпигенетическая регуляция генов в бактериальном мире» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 70 (3): 830–56. дои : 10.1128/MMBR.00016-06 . ПМЦ 1594586 . ПМИД 16959970 .
- ^ Бэйл А., д'Аларкао М., Маринус М.Г. (февраль 1979 г.). «Характеристика мутантов по метилированию аденина ДНК Escherichia coli K12». Мутационные исследования . 59 (2): 157–65. дои : 10.1016/0027-5107(79)90153-2 . ПМИД 375073 .
- ^ Николсон Б., Лоу Д. (февраль 2000 г.). «Зависимая от метилирования ДНК регуляция экспрессии pef у Salmonella typhimurium». Молекулярная микробиология . 35 (4): 728–42. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.01743.x . ПМИД 10692151 .
- ^ Jump up to: а б Ву Х, Липпманн Дж.Э., Оза Дж.П., Цзэн М., Файвс-Тейлор П., Райх Н.О. (август 2006 г.). «Инактивация ДНК-аденин-метилтрансферазы изменяет факторы вирулентности Actinobacillus actinomycetemcomitans». Оральная микробиология и иммунология . 21 (4): 238–44. дои : 10.1111/j.1399-302x.2006.00284.x . ПМИД 16842508 .
- ^ Jump up to: а б Хулио С.М., Хейтхофф Д.М., Провенцано Д., Клозе К.Е., Зиншаймер Р.Л., Лоу Д.А., Махан М.Дж. (декабрь 2001 г.). «ДНК-аденин-метилаза необходима для жизнеспособности и играет роль в патогенезе Yersinia pseudotuberculosis и Vibrio cholerae» . Инфекция и иммунитет . 69 (12): 7610–5. дои : 10.1128/iai.69.12.7610-7615.2001 . ПМК 98854 . ПМИД 11705940 .
- ^ Jump up to: а б с Мэлоун Т., Блюменталь Р.М., Ченг Икс (ноябрь 1995 г.). «Анализ, основанный на структуре, выявляет девять мотивов последовательностей, консервативных среди ДНК-аминометилтрансфераз, и предполагает каталитический механизм этих ферментов». Журнал молекулярной биологии . 253 (4): 618–32. дои : 10.1006/jmbi.1995.0577 . ПМИД 7473738 .
- ^ Шлюкебир Г., О'Гара М., Сенгер В., Ченг Икс (март 1995 г.). «Универсальная каталитическая доменная структура AdoMet-зависимых метилтрансфераз». Журнал молекулярной биологии . 247 (1): 16–20. дои : 10.1006/jmbi.1994.0117 . ПМИД 7897657 .
- ^ Коссых В.Г., Шлагман С.Л., Хаттман С. (июль 1993 г.). «Мотив консервативной последовательности DPPY в области IV ДНК-[N-аденин]-метилтрансферазы Dam фага Т4 важен для связывания S-аденозил-L-метионина» . Исследования нуклеиновых кислот . 21 (15): 3563–6. дои : 10.1093/нар/21.15.3563 . ПМЦ 331459 . ПМИД 16617501 .
- ^ Хортон-младший, Чжан X, Блюменталь Р.М., Ченг X (апрель 2015 г.). «Структуры ДНК-аденин-метилтрансферазы (Dam) Escherichia coli в комплексе с последовательностью, отличной от GATC: потенциальные последствия для независимой от метилирования репрессии транскрипции» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (8): 4296–308. дои : 10.1093/nar/gkv251 . ПМК 4417163 . ПМИД 25845600 .
- ^ Цвайгер Г., Марчински Г., Шапиро Л. (январь 1994 г.). «ДНК-метилтрансфераза Caulobacter, функционирующая только в предразвивающихся клетках». Журнал молекулярной биологии . 235 (2): 472–85. дои : 10.1006/jmbi.1994.1007 . ПМИД 8289276 .
- ^ Хаттман С., Уилкинсон Дж., Суинтон Д., Шлагман С., Макдональд П.М., Мозиг Дж. (ноябрь 1985 г.). «Общее эволюционное происхождение генов ДНК-аденинметилтрансферазы плотины фага Т4 и плотины хозяина Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 164 (2): 932–7. дои : 10.1128/JB.164.2.932-937.1985 . ПМК 214344 . ПМИД 3902803 .
