ADN metiltransferase

En bioquímica, a familia da ADN metiltransferase (ou DNA metiltransferase, DNA MTase) é unha familia de encimas que cataliza a transferencia dun grupo metilo (CH3) ao ADN. A metilación do ADN é necesaria para moitas funcións biolóxicas. Todas as ADN metiltransferases usan a S-adenosilmetionina (SAM) como doante de metilos.

 Clasificación 

 Substrato 
As MTases poden dividirse en tres tipos segundo as reaccións químicas que catalizan:
 m6A - que xeran N6-metiladenina 
 m4C - que xeran N4-metilcitosina 
 m5C - que xeran C5-metilcitosina 

As m6A e m4C metiltransferases encóntranse fundamentalmente en procariotas. As m5C metiltransfereases encóntranse nalgúns eucariotas inferiores, na maioría das plantas superiores e en moitos animais.

As m6A metiltransferases (ADN metilase específica de adenina N-6) (A-Mtase) son encimas que metilan especificamente o grupo amino en posición C-6 de adeninas no ADN. Atópanse nos tres tipos existentes de sistemas de restrición-modificación bacterianos (nos sistemas de tipo I a A-Mtase é o produto do xene hsdM, e nos de tipo III é o produto do xene mod). Estes encimas son responsables da metilaciónde secuencias específicas de ADN coa finalidade de impediren que o hóspede dixira o seu propio xenoma por medio dos seus propios encimas de restrición. Estas metilases teñen a mesma especificidade de secuencia que os seus encimas de restrición correspondentes. Estes encimas conteñen un motivo conservado, que é Asp/Asn-Pro-Pro-Tyr/Phe, situado nas súas seccións N-terminais. Esta rexión conservada podería estar implicada na unión co substrato ou na actividade catalítica. Obtívose a estrutura secundaria da N6-MTase TaqI (M.TaqI) a unha resolución de 2,4 Å. A molécula está pregada formando dous dominios, un dominio N-terminal catalítico, que contén os sitios de unión catalíticos e para o cofactor, e comprende unha folla beta de 9 febras central, rodeada de 5 hélices; e un dominio de recoñecemento do ADN C-terminal, que está formado por 4 pequenas follas beta e 8 hélices alfa. Os dominios N- e C-terminais forman unha fenda que acomoda o substrato (ADN). Propúxose unha clasificación das N-MTases, baseada nos arranxos dos motivos conservados (CM). Segundo esta clasificación, as N6-MTases que teñen un motivo DPPY (CM II) que aparece despois do motivo FxGxG (CM I) denomínanse N6-adenina MTases de clase D12. O sistema de restrición-modificación está composto por tres polipéptidos, chamados R, M e S. As subunidades M (hsdM) e S xuntas forman unha metiltransferase que metila dous residuos de adenina en febras complementarias dunha secuencia de recoñecemento do ADN bipartita. En presenza da subunidade R, o complexo pode tamén actuar como unha endonuclease, uníndose á mesma secuencia diana pero cortando o ADN a certa distancia dese sitio. Que o ADN sexa cortado ou modificado depende do estado de metilación da secuencia diana. Cando o sitio diana non está modificado, o ADN vai ser cortado, pero cando o sitio diana está hemimetilado, o complexo actúa como unha metiltransferase de mantemento, modificando o ADN para que ambas as febras sexan metiladas. O hsdM contén un dominio en hélice alfa no N-terminal, chamado dominio HsdM N-terminal.

As m4C metiltransferases (ADN metilases específicas de citosina N-4) son encimas que metilan especificamente o grupo amino na posición C-4 de citosinas no ADN. Estes encimas son compoñentes dos sistemas de restrición modificación de tipo II de procariotas. Recoñecen unha secuencia específica no ADN e metilan unha citosina desa secuencia. Con esta acción protexen o ADN da clivaxe realizada polos encimas de restrición de tipo II que recoñecen a mesma secuencia.

As m5C metiltransferases (ADN metilases específicas de citosina C-5) (C5 Mtase) son encimas que metilan especificamente o carbono C-5 de citosinas no ADN para producir C5-metilcitosina. En células de mamífero, as metiltransferases específicas de citosina metilan certas secuencias CpG, que se cre que modulan a expresión xénica e a diferenciación celular. En bacterias, estes encimas son un compoñente dos sistemas de restrición-modificación e serven como ferramentas valiosas para a manipulación do ADN. A estrutura secundaria da metiltransferase HhaI (M.HhaI) obtívose cunha resolución de 2,5 Å: a molécula prégase en dous dominios, un máis grande e catalítico, que contén o sitio catalítico e o do cofactor, e outro máis pequeno para o recoñecmento do ADN.

 De novo e de mantemento 

As metiltransferases de novo recoñecen algún sinal no ADN que fai que metilen a máis (novas) citosinas. Estes encimas exprésanse principalmente nas etapa temperás do desenvolvemento embrionario e establecen o patrón de metilación.

As metiltransferases de mantemento metilan o ADN cando unha febra está xa metilada. Funcionan durante toda a vida do organismo para manteren o patrón de metilación que fora previamente establecido polas metiltransferases de novo.

 Mamíferos 

Identificáronse tres ADN metiltransferases activas en mamíferos. Chámanse DNMT1, DNMT3A, e DNMT3B. Un cuarto encima previamente coñecido como DNMT2 non é, en realidade, unha ADN metiltransferase (véxase máis abaixo).

A DNMT3L é unha proteína moi relacionada con DNMT3A e DNMT3B en estrutura e fundamental para a metilación do ADN, pero parece que é inactiva por si soa.

 DNMT1 

A DNMT1 é a ADN metiltransferase máis abondosa nas células de mamíferos, e considérase que é a metiltransferase de mantemento esencial en mamíferos. Metila predominantemente dinucleótidos CpG hemimetilados no xenoma de mamíferos. Este encima é de 7 a 100 veces máis activo no ADN hemimetilado en comparación co substrato non metilado in vitro, pero é aínda máis activo realizando a metilación de novo que outras DNMTs. O motivo de recoñecemento do encima humano implica só tres das bases no par dinucleotídico CpG: unha C nunha febra e CpG na outra. Este especificidade de substrato pouco estrita permítelle que metile estruturas infrecuentes como intermediarios de slippage no ADN a velocidades de metiltransferase de novo que igualan as súas velocidades como metiltransferase de mantemento. Como outras ADN metiltransferases citosina-5, o encima humano recoñece certas citosinas en ADN bicatenario e funciona por medio dun ataque nucleofílico. En células cancerosas humanas, a DNMT1 é responsable tanto da metilación de novo coma da de mantemento dos xenes supresores de tumores. O encima ten uns 1.620 aminoácidos. Os seus primeiros 1.100 aminoácidos constitúen o dominio regulador do encima, e os restantes forman o dominio catalítico. Estes dominios están unidos por repeticións de Gly-Lys. Requírense os dous dominios para a función catalítica da DNMT1.

A DNMT1 ten varias isoformas, que son: a DNMT1 somática, unha variante de empalme (DNMT1b) e unha isoforma específica do ovocito (DNMT1o). A DNMT1o sintetízase e almacénase no citoplasma do ovocito e é translocada ao núcleo celular durante o desenvolvemento embrionario temperán, mentres que a DNMT1 somática encóntrase sempre no núcleo das células dos tecidos somáticos.

O mutante nulo para DNMT1 de células nai embrionarias é viable e contén unha pequena porcentaxe de ADN metilado e actividade de metiltransferase. Os embrións de rato homocigotos para unha deleción en Dnmt1 morren aos 10–11 días de xestación.

 TRDMT1 
Aínda que este encima ten fortes semellanzas de secuencia coas 5-metilcitosina metiltransferases de procariotas e de eucariotas, en 2006, atopouse que o encima metilaba a posición 38 nun ARN transferente do ácido aspártico e non metilaba o ADN. Para reflectir na nomenclatura esta diferente función, o nome desta metiltransferase foi cambiado de DNMT2 a TRDMT1 (ARNt do ácido aspártico metiltransferase 1), que indica mellor a súa función biolóxica. A TRDMT1 é a primeira ARN citosina metiltransferase que foi identificada en humanos.

 DNMT 3 
A DNMT3 é unha familia de ADN metiltransferases que poden metilar á mesma velocidade sitios CpG hemimetilados e non metilados.Chédin F. The DNMT3 family of mammalian de novo DNA methyltransferases. Prog Mol Biol Transl Sci. 2011;101:255-85. doi: 10.1016/B978-0-12-387685-0.00007-X. PMID 21507354 A arquitectura dos encimas DNMT3 é similar á dos DNMT1, xa que teñen unha rexiónn reguladora unida a a un dominio catalítico. Coñécense tres membros da familia DNMT3, que son: DNMT3a, 3b, e 3L.

A DNMT3a e a DNMT3b poden mediar a represión de xenes independente de metilación. A DNMT3a pode colocalizar xunto coa proteína da heterocromatina 1 (HP1) e a proteína de unión a metil CpG (MeCBP). Tamén poden interaccionar con DNMT1, o cal podería ser un evento cooperativo durante a metilación do ADN. A DNMT3a prefire a metilación de CpG mellor que a metilación de CpA, CpT, e CpC, aínda que parece ser que DNMT3a e DNMT3b teñen certa preferencia de secuencia de metilación. A DNMT3a metila sitios CpG a unha velocidade moito máis lenta que DNMT1, pero maior que a de DNMT3b.

A DNMT3L contén un motivo de ADN metiltransferase e é necesaria para establecer a impronta xenómica materna, a pesar de ser cataliticamente inactiva. A DNMT3L exprésase durante a gametoxénese cando ten lugar a impronta xenómica. A perda de DNMT3L dá lugar á expresión bialélica de xenes que normalmente non se expresan polo alelo materno. A DNMT3L interacciona con DNMT3a e DNMT3b e está colocalizada no núcleo. Aínda que a DNMT3L parece ser incapaz de metilar, pode participar na represión da transcrición.

 Importancia clínica 
Debido aos efectos epixenéticos da familia DNMT, están a investigarse algúns inhibidores de DNMT para o tratamento dalgúns cancros. Entre eles están:
 Vidaza (azacitidina) en ensaios en fase III para as síndromes mielodisplásticas e a leucemia mieloide aguda.
 Dacogen (decitabina) en ensaios en fase III para a leucemia mieloide aguda e a leucemia mielóxena crónica.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Metiltransferase
 Metilación do ADN
 Vía PRMT4

 Bibliografía 





 Ligazóns externas 
 Información sobre ADN metiltransferases e metilación do ADN en epigeneticstation.com
 Datos para un anticorpo para a ADN metiltransferase (DNMT) Antibody


Este artigo contén información en dominio público procedente de Pfam e InterPro IPR001525, IPR003356, IPR012327 e IPR002941.

Categoría:Transferases