Войти
| гистон-лизин. N-метилтрансфераза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 2.1.1.43 | ||||||||
| Номер CAS | 9055-08-7 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG запись | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология гена | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
гистоновые метилтрансферазы (HMT ) представляют собой модифицирующие гистоны ферменты (например, гистон-лизин N-метилтрансферазы и гистон-аргинин N-метилтрансферазы), которые катализируют перенос одного, двух, или три метил группы к лизиновым и аргининовым остаткам гистоновых белков. Присоединение метильных групп происходит преимущественно к определенным остаткам лизина или аргинина на гистонах H3 и H4. Существует два основных типа гистоновых метилтранфераз, лизин-специфичные (которые могут быть SET (S u (var) 3-9, E nhancer of Zeste, T rithorax) домен, содержащий или не содержащий домен SET) и аргинин-специфичный. В обоих типах гистоновых метилтрансфераз S-аденозилметионин (SAM) служит в качестве кофактора и группы донора метила.. Геномная ДНК эукариот связывается с гистонами с образованием хроматин. Уровень уплотнения хроматина сильно зависит от метилирования гистонов и других посттрансляционных модификаций гистонов. Метилирование гистонов - это основная эпигенетическая модификация хроматина, которая определяет экспрессию генов, стабильность генома, созревание стволовых клеток, развитие клеточных линий, генетический импринтинг, метилирование ДНК и митоз клеток.
Вид спереди человеческого фермента гистон-лизин-N-метилтрансфераза, H3-лизин-4-специфический. 
Вид сзади человеческого фермента гистон-лизин-N-метилтрансфераза, H3-лизин-4-специфичный. Активные сайты четко видны. Класс лизин-специфичных гистоновых метилтрансфераз: подразделяются на SET, содержащие домен, и не-SET, содержащие домен. Как указано их прозвищами, они отличаются наличием домена SET, который является типом домена белка.
Человеческие гены, кодирующие белки с гистонметилтрансферазной активностью, включают:
Структуры, участвующие в активности метилтрансферазы, представляют собой SET-домен (состоящий примерно из 130 аминокислот), домены pre-SET и post-SET. Домены pre-SET и post-SET фланкируют домен SET с обеих сторон. Область pre-SET содержит остатки цистеина, которые образуют треугольные кластеры цинка, прочно связывая атомы цинка и стабилизируя структуру. Сам домен SET содержит каталитическое ядро, богатое β-цепями, которые, в свою очередь, составляют несколько областей β-листов. Часто β-нити, обнаруженные в домене pre-SET, образуют β-листы с β-нитями домена SET, что приводит к небольшим изменениям в структуре домена SET. Эти небольшие изменения изменяют специфичность сайта остатка-мишени для метилирования и позволяют метилтрансферазам домена SET нацеливаться на множество различных остатков. Это взаимодействие между доменом pre-SET и каталитическим ядром имеет решающее значение для функции фермента.
Для того, чтобы реакция продолжалась, S-аденозилметионин (SAM) и остаток лизина гистонового хвоста субстрата сначала должны быть связаны и должным образом ориентированы в каталитическом кармане домена SET. Затем соседний остаток тирозина депротонирует ε-аминогруппу остатка лизина. Затем цепь лизина производит нуклеофильную атаку на метильную группу атома серы молекулы SAM, передавая метильную группу боковой цепи лизина.
Активный сайт гистонолизин-N-метилтрансферазы. Остаток лизина (желтый) и S-аденозилметионин (SAM) (синий) четко видны. Вместо SET, гистон, не содержащий домен SET метилтрансфераза использует фермент Dot1. В отличие от домена SET, который нацелен на область лизинового хвоста гистона, Dot1 метилирует остаток лизина в глобулярном ядре гистона и является единственным известным ферментом, который это делает. Возможный гомолог Dot1 был обнаружен у архей, что в недавних исследованиях показало способность метилировать архейный гистоноподобный белок.
N-конец Dot1 содержит активный сайт. Петля, служащая сайтом связывания для SAM, связывает N-концевой и C-концевой домены каталитического домена Dot1. С-конец важен для субстратной специфичности и связывания Dot1, потому что этот регион несет положительный заряд, что обеспечивает благоприятное взаимодействие с отрицательно заряженным остовом ДНК. Из-за структурных ограничений Dot1 способен метилировать только гистон H3.
Существует три различных типа протеин-аргининметилтрансфераз (PRMT) и три типа метилирования, которые могут происходить по остаткам аргинина на гистоновых хвостах. PRMT первого типа (PRMT1, PRMT3, CARM1 ⧸PRMT4 и Rmt1⧸Hmt1) производят монометиларгинин и асимметричный диметиларгинин (Rme2a). Второй тип (JBP1⧸ PRMT5 ) производит монометил или (Rme2s). Третий тип (PRMT7) производит только монометилированный аргинин. Различия в паттернах метилирования PRMT возникают из-за ограничений в кармане связывания аргинина.
Каталитический домен PRMT состоит из домена связывания SAM и домена связывания субстрата (около 310 аминокислот в общее). Каждый PRMT имеет уникальный N-концевой участок и каталитическое ядро. Остаток аргинина и SAM должны быть правильно ориентированы в связывающем кармане. SAM удерживается внутри кармана за счет гидрофобного взаимодействия между адениновым кольцом и фенильным кольцом фенилаланина.
Глутамат на соседней петле взаимодействует с атомами азота на целевом остатке аргинина. Это взаимодействие перераспределяет положительный заряд и приводит к депротонированию одной азотной группы, которая затем может произвести нуклеофильную атаку на метильную группу SAM. Различия между двумя типами PRMT определяют следующую стадию метилирования: либо катализирование диметилирования одного азота, либо допущение симметричного метилирования обеих групп. Однако в обоих случаях оторванный от азота протон диспергируется через протонно-релейную систему гистидин-аспартат и высвобождается в окружающую матрицу.
Метилирование гистонов играет важную роль в эпигенетической регуляции генов. Метилированные гистоны могут репрессировать или активировать транскрипцию, как показывают различные экспериментальные данные, в зависимости от сайта метилирования. Например, вероятно, что метилирование лизина 9 на гистоне H3 (H3K9me3) в промоторной области генов предотвращает чрезмерную экспрессию этих генов и, следовательно, задерживает переход клеточного цикла и / или пролиферацию. Напротив, метилирование гистоновых остатков H3K4, H3K36 и H3K79 связано с транскрипционно активным эухроматином.
В зависимости от сайта и симметрии метилирования, метилированные аргинины считаются активирующими (гистон H4R3me2a, H3R2me2s, H3R17me2a, H3R26me2a). или репрессивные (H3R2me2a, H3R8me2a, H3R8me2s, H4R3me2s) гистоновые метки. Как правило, действие гистон-метилтрансферазы на экспрессию генов сильно зависит от того, какой остаток гистона она метилирует. См. Регуляция гистона № Хроматина.
При некоторых типах рака у человека была отмечена аномальная экспрессия или активность ферментов, регулирующих метилирование, что свидетельствует о связи между метилированием гистонов и злокачественная трансформация клеток или образование опухолей. В последние годы эпигенетическая модификация гистоновых белков, особенно метилирование гистона H3, при развитии рака является областью новых исследований. В настоящее время общепринято, 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.
Пока нет убедительных доказательств того, что рак развивается 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 при нескольких типах рака человека (таких как рак прямой кишки, рак яичников и рак легких), которые возникают либо из-за дефицита метилтрансфераз H3K9, либо повышенная активность или экспрессия деметилаз H3K9.
Метилирование гистона лизин играет важную роль в выборе пути репарации двухцепочечной ДНК ломается. Например, триметилированный H3K36 необходим для гомологичной рекомбинационной репарации, тогда как диметилированный H4K20 может рекрутировать белок 53BP1 для репарации по пути негомологичное соединение концов.
Гистоновая метилтрансфераза может использоваться в качестве биомаркеров для диагностики и прогноза рака. Кроме того, все еще остается много вопросов о функции и регуляции гистон-метилтрансфераз при злокачественной трансформации клеток, канцерогенезе ткани и туморогенезе.
