En bioquímica , la familia de enzimas ADN metiltransferasa ( ADN MTasa , DNMT ) cataliza la transferencia de un grupo metilo al ADN . La metilación del ADN cumple una amplia variedad de funciones biológicas. Todas las metiltransferasas de ADN conocidas utilizan S-adenosil metionina (SAM) como donante de metilo.
N-6 ADN metilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | N6_Mtase | |||||||
Pfam | PF02384 | |||||||
Clan pfam | CL0063 | |||||||
InterPro | IPR003356 | |||||||
PROSITE | PDOC00087 | |||||||
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Dominio N-terminal de HsdM | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | HsdM_N | |||||||
Pfam | PF12161 | |||||||
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ADN metilasa específica de citosina C-5 | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | ADN_metilasa | |||||||
Pfam | PF00145 | |||||||
Clan pfam | CL0063 | |||||||
InterPro | IPR001525 | |||||||
PROSITE | PDOC00089 | |||||||
SCOP2 | 1hmy / SCOPe / SUPFAM | |||||||
CDD | cd00315 | |||||||
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ADN metilasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | N6_N4_Mtase | |||||||
Pfam | PF01555 | |||||||
Clan pfam | CL0063 | |||||||
InterPro | IPR002941 | |||||||
PROSITE | PDOC00088 | |||||||
SCOP2 | 1boo / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Clasificación
Sustrato
Las MTasas se pueden dividir en tres grupos diferentes en función de las reacciones químicas que catalizan:
- m6A - los que generan N6-metiladenina EC 2.1.1.72
- m4C - aquellos que generan N4-metilcitosina EC 2.1.1.113
- m5C - los que generan C5-metilcitosina EC 2.1.1.37
Las metiltransferasas m6A y m4C se encuentran principalmente en procariotas (aunque la evidencia reciente ha sugerido que m6A es abundante en eucariotas [1] ). Las metiltransferasas m5C se encuentran en algunos eucariotas inferiores, en la mayoría de las plantas superiores y en animales que comienzan con los equinodermos.
Las metiltransferasas m6A (ADN metilasa específica de adenina N-6) (A-Mtasa) son enzimas que metilan específicamente el grupo amino en la posición C-6 de las adeninas en el ADN. Se encuentran en los tres tipos existentes de sistemas de restricción-modificación bacteriana (en el sistema de tipo I, la A-Mtasa es el producto del gen hsdM y en el tipo III es el producto del gen mod). Estas enzimas son responsables de la metilación de secuencias de ADN específicas para evitar que el huésped digiera su propio genoma a través de sus enzimas de restricción . Estas metilasas tienen la misma especificidad de secuencia que sus correspondientes enzimas de restricción. Estas enzimas contienen una conservadas motivo Asp / Asn - Pro -Pro- Tyr / Phe en su sección N-terminal, esta conservada región podría estar implicado en sustrato de unión o en el catalítica actividad. [2] [3] [4] [5] La estructura de N6-MTasa TaqI (M.TaqI) se ha resuelto a 2,4 A . La molécula se pliega en 2 dominios, un dominio catalítico N-terminal, que contiene los sitios de unión catalítico y cofactor , y comprende una hoja beta central de 9 hebras, rodeada por 5 hélices; y un dominio de reconocimiento de ADN C-terminal, que está formado por 4 láminas beta pequeñas y 8 hélices alfa . Los extremos N- y C-terminales dominios forman una hendidura que acomoda el ADN sustrato . [6] Se ha propuesto una clasificación de N-MTasas, basada en arreglos de motivos conservados (CM). [5] De acuerdo con esta clasificación, las N6-MTasas que tienen un motivo DPPY (CM II) que se produce después del motivo FxGxG (CM I) se denominan N6-adenina MTasas de clase D12. El sistema de restricción y modificación de tipo I está compuesto por tres polipéptidos R, M y S. Las subunidades M (hsdM) y S juntas forman una metiltransferasa que metila dos residuos de adenina en cadenas complementarias de una secuencia de reconocimiento de ADN bipartita . En presencia de la subunidad R, el complejo también puede actuar como una endonucleasa , uniéndose a la misma secuencia diana pero cortando el ADN a cierta distancia de este sitio. Si el ADN se corta o modifica depende del estado de metilación de la secuencia diana . Cuando el sitio objetivo no se modifica, se corta el ADN. Cuando el sitio objetivo está hemimetilado, el complejo actúa como una metiltransferasa de mantenimiento, modificando el ADN de modo que ambas hebras se metilan . hsdM contiene un dominio de hélice alfa en el N-terminal , el dominio N-terminal de HsdM. [7]
Entre las metiltransferasas m6A (ADN metilasa específica de adenina N-6) hay un grupo de MTasas huérfanas que no participan en el sistema de restricción / metilación bacteriana. [8] Estas enzimas tienen un papel regulador en la expresión génica y la regulación del ciclo celular. EcoDam de E. coli [9] y CcrM de Caulobacter crescentus [10] son miembros bien caracterizados de esta familia. Más recientemente, se demostró que CamA de Clostridioides difficile desempeña un papel funcional clave en la esporulación , la formación de biopelículas y la adaptación del huésped. [11]
Las metiltransferasas m4C (metilasas de ADN específicas de citosina N-4) son enzimas que metilan específicamente el grupo amino en la posición C-4 de las citosinas en el ADN. [5] Estas enzimas se encuentran como componentes de los sistemas de modificación de restricción de tipo II en procariotas . Tales enzimas reconocen una secuencia específica en el ADN y metilan una citosina en esa secuencia . Mediante esta acción, protegen el ADN de la escisión por enzimas de restricción tipo II que reconocen la misma secuencia.
Las metiltransferasas m5C (ADN metilasa específica de citosina C-5) (C5 Mtasa) son enzimas que metilan específicamente el carbono C-5 de las citosinas en el ADN para producir C5-metilcitosina . [12] [13] [14] En células de mamíferos , las metiltransferasas específicas de citosina metilan ciertas secuencias de CpG , que se cree que modulan la expresión génica y la diferenciación celular . En las bacterias , estas enzimas son un componente de los sistemas de modificación de restricción y sirven como herramientas valiosas para la manipulación del ADN. [13] [15] La estructura de la metiltransferasa HhaI (M.HhaI) se ha resuelto en 2,5 A : la molécula se pliega en 2 dominios : un dominio catalítico más grande que contiene sitios de unión catalíticos y cofactores , y un dominio de reconocimiento de ADN más pequeño. [dieciséis]
Se han informado metiltransferasas de ADN altamente conservadas de los tipos m4C, m5C y m6A, [17] que aparecen como objetivos prometedores para el desarrollo de nuevos inhibidores epigenéticos para combatir la virulencia bacteriana, la resistencia a los antibióticos, entre otras aplicaciones biomédicas.
De novo frente a mantenimiento
Las metiltransferasas de novo reconocen algo en el ADN que les permite metilar citosinas nuevamente. Estos se expresan principalmente en el desarrollo embrionario temprano y establecen el patrón de metilación.
Las metiltransferasas de mantenimiento añaden metilación al ADN cuando una hebra ya está metilada. Éstos funcionan durante toda la vida del organismo para mantener el patrón de metilación que había sido establecido por las metiltransferasas de novo.
Mamífero
Se han identificado tres ADN metiltransferasas activas en mamíferos. Se denominan DNMT1 , [18] DNMT3a , [19] y DNMT3b . [20] Recientemente, se ha descubierto una cuarta enzima DNMT3c expresada específicamente en la línea germinal masculina del ratón. [21]
DNMT3L [22] es una proteína estrechamente relacionada con DNMT3a y DNMT3b en estructura y crítica para la metilación del ADN, pero parece estar inactiva por sí sola.
DNMT1
DNMT1 es la metiltransferasa de ADN más abundante en células de mamíferos y se considera la metiltransferasa de mantenimiento clave en los mamíferos . Metila predominantemente los dinucleótidos de CpG hemimetilados en el genoma de los mamíferos. A pesar de poder utilizar citosina hemimetilada y no metilada como sustrato, DNMT1 no participa en la metialización de novo del genoma durante el desarrollo embrionario del ratón. [23] El motivo de reconocimiento de la enzima humana involucra solo tres de las bases en el par de dinucleótidos CpG: una C en una hebra y CpG en la otra. Este requisito de especificidad de sustrato relajado le permite metilar estructuras inusuales como intermedios de deslizamiento de ADN a velocidades de novo que igualan su velocidad de mantenimiento. [24] Al igual que otras ADN citosina-5 metiltransferasas, la enzima humana reconoce las citosinas volteadas en el ADN bicatenario y opera mediante el mecanismo de ataque nucleofílico. [25] En las células cancerosas humanas, DNMT1 es responsable de la metilación tanto de novo como de mantenimiento de los genes supresores de tumores. [26] [27] La enzima tiene aproximadamente 1,620 aminoácidos de longitud. Los primeros 1.100 aminoácidos constituyen el dominio regulador de la enzima y los residuos restantes constituyen el dominio catalítico. A estos se les une Gly - Lys repite. Ambos dominios son necesarios para la función catalítica de DNMT1.
DNMT1 tiene varias isoformas , la DNMT1 somática, una variante de empalme (DNMT1b) y una isoforma específica de ovocitos (DNMT1o). El DNMT1o se sintetiza y almacena en el citoplasma del ovocito y se transloca al núcleo celular durante el desarrollo embrionario temprano , mientras que el DNMT1 somático siempre se encuentra en el núcleo del tejido somático .
Las células madre embrionarias mutantes nulas DNMT1 eran viables y contenían un pequeño porcentaje de ADN metilado y actividad metiltransferasa. Los embriones de ratón homocigóticos para una deleción en Dnmt1 mueren a los 10-11 días de gestación. [28]
TRDMT1
Aunque esta enzima tiene fuertes similitudes de secuencia con las 5-metilcitosina metiltransferasas de procariotas y eucariotas, en 2006, se demostró que la enzima metila la posición 38 en el ARN de transferencia de ácido aspártico y no metila el ADN. [29] El nombre de esta metiltransferasa se ha cambiado de DNMT2 a TRDMT1 (tRNA ácido aspártico metiltransferasa 1) para reflejar mejor su función biológica. [30] TRDMT1 es la primera citosina metiltransferasa de ARN que se identifica en células humanas.
DNMT3
DNMT3 es una familia de metiltransferasas de ADN que podría metilar CpG hemimetilado y no metilado a la misma velocidad. La arquitectura de las enzimas DNMT3 es similar a la de DNMT1, con una región reguladora unida a un dominio catalítico. Hay cuatro miembros conocidos de la familia DNMT3: DNMT3a, 3b, 3c y 3L.
DNMT3a y DNMT3b pueden mediar en la represión génica independiente de la metilación. DNMT3a puede co-localizarse con la proteína heterocromatina (HP1) y la proteína de unión a metil-CpG (MeCBP). También pueden interactuar con DNMT1, que podría ser un evento cooperativo durante la metilación del ADN. DNMT3a prefiere la metilación de CpG a la metilación de CpA, CpT y CpC, aunque parece haber alguna preferencia de secuencia de metilación para DNMT3a y DNMT3b. DNMT3a metila los sitios CpG a una velocidad mucho más lenta que DNMT1, pero mayor que DNMT3b.
DNMT3L contiene motivos de ADN metiltransferasa y es necesario para establecer huellas genómicas maternas , a pesar de ser catalíticamente inactivo. DNMT3L se expresa durante la gametogénesis cuando tiene lugar la impronta genómica . La pérdida de clientes potenciales Dnmt3L a bi- alélica expresión de genes normalmente no expresadas por el alelo maternal. DNMT3L interactúa con DNMT3a y DNMT3b y se co-localiza en el núcleo. Aunque DNMT3L parece incapaz de metilación , puede participar en la represión transcripcional .
Significación clínica
Inhibidores de DNMT
Debido a los efectos epigenéticos de la familia DNMT, se están investigando algunos inhibidores de DNMT para el tratamiento de algunos cánceres: [31]
- Vidaza ( azacitidina ) en ensayos de fase III para síndromes mielodisplásicos y LMA
- Dacogen ( decitabina ) en ensayos de fase III para AML y CML . Aprobado por la UE en 2012 para AML. [32]
- guadecitabina, un fármaco experimental en desarrollo por Astex Pharmaceuticals y Otsuka Pharmaceutical. No cumplió con los criterios de valoración principales en un ensayo de AML de fase III de 2018.
Ver también
- Metiltransferasa
- Metilación del ADN
- Vía PRMT4
- Metiltransferasa regulada por el ciclo celular
Referencias
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enlaces externos
- Información sobre las metiltransferasas de ADN y la metilación del ADN en epigeneticstation.com
- Datos de un anticuerpo de ADN metiltransferasa (DNMT)
- ADN + Modificación + Metiltransferasas en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .