VİRÜS BENZERİ (!) SEKANSLARI KİLİTLEYEN ENZİM
05.07.2021 (çeviri)
Metiltransferaz Dnmt1 sadece "bakım"dan sorumlu değildir.
Çoğu zaman biyoloji net olarak kategorize edilemez. Araştırmacıların net bir görevi olduğunu düşündükleri bir enzim de yeni bir bilimsel açıklama ile kendini aşıyor.
Sadece genomun epigenetik durumunu korumakla kalmaz, aynı zamanda virüs benzeri genetik materyali spesifik olarak susturabilir.
Bu, hayatın kütüphanesinde yasak olan bölümdür: Genomun bazı kısımları zararlı bilgiler içerir. Metiltransferaz enzimleri bunları uyarıcılarla işaretler ve böylece bu kısımlar hücre tarafından ignore edilir. Kitaplara uyarı yapıştıran kütüphaneciler gibi, DNA molekülüne küçük karbon paketleri (metil grupları) eklerler, ancak diziyi olduğu gibi bırakırlar. Yani enzimlerin epigenetik bir etkisi vardır.
Onlarca yıldır açık bir iş bölümü geçerliydi: Metiltransferazlar Dnmt3a ve Dnmt3b, uygun genom segmentlerini arar ve bunları metil gruplarıyla donatır. Kardeş enzim Dnmt1, hücre bölünmesinden sonra DNA zincirinin yalnızca bir tarafının metillendiği veya kaybolduğu yerlerde kimyasal işaretleri tamamlar.
Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü'nden Alexander Meissner liderliğindeki araştırma grubu, Nature Structural and Molecular Biology dergisindeki yeni bir makalede bunu açıkça ortaya koydu. Dnmt1 görev yükümlülüklerinin dışına çıkarak, farenin genomunda spesifik olarak sekansları yönetebilir ve orada Metil işaretleme yapabilir.
Döllenmiş yumurta, ilk hücre bölünmeleri sırasında erken embriyo bir kesecik haline gelene kadar metilasyonunu kaybeder. Meissner, "Farenin gelişimi sırasında vezikül germinin genomunda birkaç metil grubu bulduk, ancak 72 saat sonra DNA zaten yüksek oranda metillendi" diyor. ''Bu yüzden bu enteresan dönemlere daha yakından baktık''
Hücreler DNA'nın belirli bölümlerini neden kapatıyor? Metilasyon, hangi genetik programların çalışması gerektiğini belirler. Ancak başka bir ciddi neden daha var, diye açıklıyor Meissner: "İnsanların ve farelerinki de dahil olmak üzere çoğu genom, milyonlarca yıl boyunca konakçılarının genomunda ölümsüzleştirilen binlerce virüs benzeri diziyi gizler."
Virüs benzeri diziler, transpozon adı verilen "sıçrayan genler" olarak da bilinir. DNA'nın herhangi bir yerinde kendiliğinden çoğalma ve bütünleşme yeteneğine sahiptirler. Transpozonlar genom boyunca yayılmıştır ve farelerde ve insanlarda genetik materyalin yaklaşık yüzde 40'ını oluşturur.
Doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarlarından biri olan Chuck Haggerty, "Metilasyon, bu potansiyel olarak zarar verici genleri kontrol altında tutuyor" diyor. Araştırmacı, "Bir transpozon veya virüs bir genin ortasına sıçrarsa, işlevlerini bozabilir" diyor. Ve eğer transpozonların kontrolsüz bir şekilde genomda yayılmasına izin verilirse, bu onun bütünlüğünü tehlikeye atabilir."
Haggerty, "Dnmt3a ve 3b'yi genetik olarak kapattığımızda bile embriyo DNA metilasyonunun arttığını fark ettik" diyor. Araştırmacılar bu deneyi hücre kültüründe tekrarladılar ve ayrıca metilasyonu durma noktasına getiren Dnmt1'i devre dışı bıraktılar. Kısa bir süre sonra genom karbon etiketlerinin neredeyse tamamını kaybetti.
Bilim adamı, "İlginç bir şekilde, Dnmt1'i tekrar açtığımızda metilasyon arttı - artık korunacak herhangi bir kısmi işaret olmamasına rağmen" diyor. Bu, Dnmt1 enziminin DNA'yı yeniden metilleyebileceğinin, yani “de novo”nun kanıtını sağladı.
Enzim, kemirgenler arasında yaygın olan belirli bir transpozon tipini içeren DNA dizileri için özel bir tercih gösterir. "Intracisternal A Parçacıkları" (IAP), yaşam döngüsü insan immün yetmezlik virüsü (HIV) gibi retrovirüsleri çok anımsatan retrotranspozonlardır. Hücre, DNA'dan retroviral diziyi okur ve proteinler için planı içeren RNA molekülleri yaratır. Bunlar, RNA'yı tekrar DNA'ya dönüştüren bir enzimi ve bu DNA'yı hücrenin genetik yapısına dahil eden bir enzimi içerir.
Haggerty, Dnmt1'in özellikle fare hücrelerinin genomundaki IAP dizilerine yöneldiğini söylüyor: "Bazı bölümlerde yüzde 18'e kadar metillendi - bu yeteneğe sahip olduğuna inanılmayan bir enzim için çok yüksek bir değer."
Araştırmacılar, Dnmt1'in hedefine nasıl ulaştığına dair birkaç ipucu keşfettiler. Hücre kültürü deneylerinde, Dnmt1 enziminin çekildiği ve retrotranspozonlarla etkileşime girdiği bilinen diğer proteinleri tanımladılar.
Retrotranspozonları incelerken, bilim adamları hızla geleneksel teknolojinin sınırlarına ulaştılar. Aynı zamanda çalışmanın ilk yazarı olan biyoinformatikçi Helene Kretzmer, "Geleneksel dizilemede nispeten kısa DNA parçalarını inceliyoruz" diyor. “Bölümlerde örtüşmeler ve benzerlikler arıyoruz ve birlikte yapboz yapıyoruz.
Retrotranspozonların dizileri genomda binlerce kez meydana geldiğinden ve çok benzer olduklarından, tam olarak nereye ait olduklarını söylemek çoğu zaman mümkün olmuyor."
Bu nedenle araştırmacılar, genom ipliğinin nispeten uzun parçalara ayrıldığı ve bunların bir çip üzerinde sadece birkaç nanometre büyüklüğündeki gözeneklerden geçirildiği bir dizileme işlemi kullandılar. Kretzmer, "Geleneksel yöntemlerle yaklaşık 150 ila 300 bazlık parçalarla çalışırken, nanogözeneklerle dizileme ile 10.000 ila 30.000 baza yayıyoruz, bu tam bir transpozon" diyor. " "Tekrarlayan dizilerin metilasyonunun analizi için, bu yöntem şu anda diğerlerinden daha uygundur."
Meissner, "Tabii ki, Dnmt1'in ana görevi şüphesiz hala metilasyonu sürdürmektir" diyor. "Tüm genom üzerinde düşünüldüğünde, enzimin de novo aktivitesi gerçekten düşüktür. Şimdi belli alanlarda belirgin şekilde daha yüksek olabileceğini gösterdik."
Son zamanlarda, diğer araştırma grupları, enzimin DNA'yı kendi başına metillediğine dair artan kanıtlar buldu. Yeni çalışma bu şüpheyi doğruluyor. Meissner, "Uzun süredir devam eden bir tartışmayı sonlandırıyoruz ve böylece DNA metiltransferazların bazı sınıflandırmalarını sorguluyoruz" diyor. "Aynı zamanda, şu soruyu sorarak yeni bir bölüme başlıyoruz: Dnmt1'in de novo aktivitesinin başka hangi bağlamlarda biyolojik önemi olabilir?"
***
Bilimsel iletişim:
Profesör Doktor. Alexander Meissner
Direktör, Genom Düzenleme Bölüm Başkanı
Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü
+49 30 8413-1880
***
Chuck Haggerty
Bilim insanı
Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü
+49 30 8413-1892
***
Dr. Helene Kretzmer
Bilim insanı
Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü
+49 30 8413-1269
***
Orijinal yayın:
Haggerty C, Kretzmer H, Riemenschneider C, Kumar AS, Mattei AL, Bailly N, Gottfreund J, Giesselmann P, Weigert R, Brändl B, Giehr P, Buschow R, Galonska C, von Meyenn F, Pappalardi MB, McCabe MT, Wittler L, Giesecke-Thiel C, Mielke T, Meierhofer D, Timmermann B, Müller FJ, Walter J, Meissner A. Dnmt1, transposable elementlere yönelik de novo aktiviteye sahiptir. Nat Struct Mol Biol 2021 17 Haz. doi: 10.1038 / s41594-021-00603-8
