細胞周期制御メチルトランスフェラーゼ
Caulobacter crescentus CcrMのX線結晶構造。CcrMホモダイマーが二本鎖DNAと複合体を形成している様子を示している。タンパク質モノマーは青と緑で、DNAは黄褐色で示されている。GANTC認識部位のDNA塩基は全原子分解能で示されている。

CcrM（またはM.CcrMI ）は、ほとんどのアルファプロテオバクテリアで遺伝子発現の制御に関与するオーファンDNAメチルトランスフェラーゼです。この酵素は、S-アデノシル-Lメチオニン基質から5'-GANTC-3'配列のアデニン塩基のN6位へのメチル基の転移を触媒することにより、高い特異性でDNAを修飾します。 [ 1 ] SAR11などの一部の系統では、相同酵素は5'-GAWTC-3'特異性を持っています。[ 2 ] Caulobacter crescentusでは、Ccrm認識部位がヘミメチル化された複製サイクルの終わりにCcrMが生成され、DNAが急速にメチル化されます。CcrMは他のアルファプロテオバクテリアでも必須ですが、その役割はまだ解明されていません。CcrMは、新しいDNA認識メカニズムを持つ、非常に特異性の高いメチルトランスフェラーゼです。[ 3 ]

細胞周期制御におけるCcrMの役割

メチル化はエピジェネティックな修飾であり、真核生物においては細胞分化や胚発生といったプロセスを制御する[ 4 ]。一方、原核生物においては自己認識、制限エンドヌクレアーゼ系によるDNAの切断からの保護、[ 5 ] 、あるいは遺伝子発現制御といった役割を果たす。前者の機能は制限メチル化系によって制御され、後者はDamやCcrMといったオーファンMTaseによって制御される[ 6 ] 。

CcrMの役割は、淡水モデル生物であるカウロバクター・クレセンタスにおいて特徴づけられている。カウロバクター・クレセンタスは非対称分裂し、異なる表現型と遺伝子制御を持つ有柄細胞と遊走細胞という異なる子孫を生成するため、細胞周期とエピジェネティクスの研究に適している。遊走細胞は単一の鞭毛と極性線毛を持ち、その可動性によって特徴づけられる。一方、有柄細胞は有柄を持ち、基質に固定されている。有柄細胞は直ちにS期に入るが、遊走細胞はG1期に留まり、再びS期に入る前に積層細胞へと分化する。[ 7 ]

S期にある有柄細胞は、半保存的方法でDNAを複製し、2つのヘミメチル化されたDNA二重鎖を生成します。これは、S期の終わりにのみ生成されるメチルトランスフェラーゼCcrMによって急速にメチル化されます。この酵素は、約20分で4,000を超える5'-GANTC-3'部位をメチル化し、その後、LONプロテアーゼによって分解されます。[ 8 ]この迅速なメチル化は、いくつかの遺伝子の転写制御で重要な役割を果たしており、細胞分化を制御しています。CcrMの発現は、CtrAマスターレギュレーターによって制御され、さらにさまざまな5'-GANTC-3'部位のメチル化部位がCcrMの発現を制御します。これは、これらの部位がヘミメチル化されているS期の終わりにのみ発生します。この過程でCtrAは分裂前状態のCcrMと1000以上の遺伝子の発現を制御し、[ 9 ] SciPは非複製細胞におけるCcrM転写の活性化を防ぎます。

アルファプロテオバクテリアにおけるCcrMの役割

オーファンMTaseは細菌や古細菌によく見られる[ 10 ] 。CcrMはリケッチア目とマグネトコッカス目を除くほぼ全てのアルファプロテオバクテリア群に見られ、相同体はカンピロバクター門やガンマプロテオバクテリアにも見られる。[ 11 ]アルファプロテオバクテリアは自由生活から基質結合まで様々なライフステージを持つ生物で、その一部は植物、動物、さらにはヒトの細胞内病原体である。 [ 12 ]これらのグループでは、CcrMが細胞周期の進行に重要な役割を果たしているに違いない。[ 13 ]

CcrM の誤制御は、さまざまなアルファプロテオバクテリアの細胞周期制御と分化を変化させます。C. crescentus、植物共生菌Sinorhizobium meliloti [ 14 ]、およびヒト病原体Brucella abortusなど。[ 15 ]また、CcrM 遺伝子はさまざまなアルファプロテオバクテリアの生存に必須であることが証明されています。[ 12 ]

構造とDNA認識メカニズム

CcrMはII型DNAメチルトランスフェラーゼであり、メチル基供与体SAMからヘミメチル化DNAの5'-GANTC-3'認識部位のアデニンN6にメチル基を転移する。SAM結合、活性部位、標的認識ドメインを形成する保存モチーフの配列に基づき、CcrMはβクラスアデニンN6メチルトランスフェラーゼに分類される。[ 16 ]アルファプロテオバクテリアのCcrMホモログは80残基のC末端ドメインを有するが[ 11 ] 、その機能は十分に解明されていない。[ 17 ]

CcrMは高度な配列識別を特徴とし、AANTC部位よりもGANTC部位に対して非常に高い特異性を示し、二本鎖DNAと一本鎖DNAの両方でこの配列を認識しメチル化することができる。[ 1 ] CcrMとdsDNAの複合体の構造が解明され、この酵素がDNA認識部位にバブルを開く新しいDNA相互作用メカニズムを提示し（メチルトランスフェラーゼの協調メカニズムは標的塩基の反転に依存する）、酵素はDNAと相互作用して、異なるモノマー相互作用を持つホモダイマーを形成することが示された。[ 3 ]

CcrMは、短時間で多数の5'-GANTC-3'部位をメチル化できる高効率酵素ですが、この酵素がプロセッシブ酵素（酵素がDNAに結合し、解離前に複数のメチル化部位をメチル化する酵素）なのか、それともディストリビューティブ酵素（酵素が各メチル化後にDNAから解離する酵素）なのかについては、依然として議論が続いています。最初の報告では後者であると示唆されていましたが[ 18 ] 、最近のCcrMの特性解析では、プロセッシブ酵素であることが示唆されています[ 19 ] 。

参考文献

  1. ^ a b Reich, Norbert O.; Dang, Eric; Kurnik, Martin; Pathuri, Sarath; Woodcock, Clayton B. (2018-12-07). 「Caulobacter crescentus由来の高度に特異的な細胞周期制御メチルトランスフェラーゼは、新規DNA認識機構に基づく」 . Journal of Biological Chemistry . 293 (49): 19038– 19046. doi : 10.1074/jbc.RA118.005212 . ISSN  0021-9258 . PMC  6295719. PMID  30323065 .
  2. ^平岡聡;隅田知美；平井、美穂。豊田 篤史川口信介；横川太一；布浦拓郎 (2022) 「海洋原核生物およびウイルス群集における多様な DNA 修飾」。核酸研究。50 (3): 1531 – 1550。bioRxiv 10.1101 /2021.05.08.442635。土井：10.1093/nar/gkab1292。PMC 8919816。PMID 35051998。   
  3. ^ a b Horton, John R.; Woodcock, Clayton B.; Opot, Sifa B.; Reich, Norbert O.; Zhang, Xing; Cheng, Xiaodong (2019-10-10). 「細胞周期制御性DNAアデニンメチルトランスフェラーゼCcrMはDNA認識部位でバブルを形成する」 . Nature Communications . 10 (1): 4600. Bibcode : 2019NatCo..10.4600H . doi : 10.1038/ s41467-019-12498-7 . ISSN 2041-1723 . PMC 6787082. PMID 31601797 .   
  4. ^ Schübeler, Dirk (2015年1月). 「DNAメチル化の機能と情報量」. Nature . 517 (7534): 321– 326. Bibcode : 2015Natur.517..321S . doi : 10.1038/nature14192 . ISSN 1476-4687 . PMID 25592537. S2CID 4403755 .   
  5. ^ Vasu, K.; Nagaraja, V. (2013-03-01). 「細胞防御に加えて制限修飾システムの多様な機能」 . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 77 (1): 53– 72. Bibcode : 2013MMBR...77...53V . doi : 10.1128/MMBR.00044-12 . ISSN 1092-2172 . PMC 3591985. PMID 23471617 .   
  6. ^ Adhikari, Satish; Curtis, Patrick D. (2016-09-01). 「細菌におけるDNAメチルトランスフェラーゼとエピジェネティック制御」 . FEMS Microbiology Reviews . 40 (5): 575– 591. doi : 10.1093/femsre/fuw023 . ISSN 0168-6445 . PMID 27476077 .  
  7. ^ Laub, Michael T.; Shapiro, Lucy; McAdams, Harley H. (2007年12月). 「Caulobacterのシステム生物学」. Annual Review of Genetics . 41 (1): 429– 441. doi : 10.1146/annurev.genet.41.110306.130346 . ISSN 0066-4197 . PMID 18076330 .  
  8. ^ Collier, J.; McAdams, HH; Shapiro, L. (2007-10-23). 「DNAメチル化ラチェットが細菌細胞周期の進行を制御する」 . Proceedings of the National Academy of Sciences . 104 (43): 17111– 17116. Bibcode : 2007PNAS..10417111C . doi : 10.1073/pnas.0708112104 . ISSN 0027-8424 . PMC 2040471. PMID 17942674 .   
  9. ^ Collier, Justine (2016年4月). 「アルファプロテオバクテリアにおける細胞周期制御」 . Current Opinion in Microbiology . 30 : 107–113 . doi : 10.1016/j.mib.2016.01.010 . PMID 26871482 . 
  10. ^スタッフ、PLOS Genetics (2016年5月12日). 「訂正：原核生物のエピゲノムランドスケープ」 . PLOS Genetics . 12 (5) e1006064. doi : 10.1371/ journal.pgen.1006064 . ISSN 1553-7404 . PMC 4865105. PMID 27171000 .   
  11. ^ a b Gonzalez, Diego; Kozdon, Jennifer B.; McAdams, Harley H.; Shapiro, Lucy; Collier, Justine (2014年4月). 「Caulobacter crescentusにおけるCcrMによるDNAメチル化の機能：包括的アプローチ」 . Nucleic Acids Research . 42 (6): 3720– 3735. doi : 10.1093/nar/gkt1352 . ISSN 1362-4962 . PMC 3973325. PMID 24398711 .   
  12. ^ a b Mouammine, Annabelle; Collier, Justine (2018年10月). 「アルファプロテオバクテリアにおけるDNAメチル化の影響」 . Molecular Microbiology . 110 (1): 1– 10. doi : 10.1111/mmi.14079 . ISSN 0950-382X . PMID 29995343 .  
  13. ^ Collier, Justine (2009年12月). 「細菌細胞周期のエピジェネティック制御」Current Opinion in Microbiology . 12 (6): 722– 729. doi : 10.1016/j.mib.2009.08.005 . PMID 19783470 . 
  14. ^ Wright, R; Stephens, C; Shapiro, L (1997年9月). 「CcrM DNAメチルトランスフェラーゼはプロテオバクテリアのα亜門に広く分布しており、その必須機能はRhizobium melilotiとCaulobacter crescentusに保存されている」 . Journal of Bacteriology . 179 (18): 5869– 5877. doi : 10.1128/jb.179.18.5869-5877.1997 . ISSN 0021-9193 . PMC 179479. PMID 9294447 .   
  15. ^ロバートソン、グレゴリー・T.;ライゼナウアー、アン。ライト、レイチェル。ジェンセン、ラスムス B.ジェンセン、アレン。シャピロ、ルシル。ループ、R. マーティン (2000-06-15)。「Brucella abortus CcrM DNA メチルトランスフェラーゼは生存に必須であり、その過剰発現はマウス マクロファージの細胞内複製を減弱させる。 」細菌学ジャーナル。182 (12): 3482–3489。土井: 10.1128/JB.182.12.3482-3489.2000。ISSN 0021-9193。PMC 101938。PMID 10852881。   
  16. ^マーフィー, ジェームズ; マホニー, ジェニファー; エインズワース, スチュアート; ナウタ, アルジェン; ヴァン・シンデレン, ダウウェ (2013年12月15日). 「バクテリオファージのオーファンDNAメチルトランスフェラーゼ：細菌における起源、機能、そして存在に関する知見」 .応用環境微生物学. 79 ( 24): 7547– 7555. Bibcode : 2013ApEnM..79.7547M . doi : 10.1128/AEM.02229-13 . ISSN 0099-2240 . PMC 3837797. PMID 24123737 .   
  17. ^マイヤー、ヨハネス AH;アルブ、ラズヴァン F.ユルコウスキー、トマシュ P.アルバート・ジェルチュ（2015年12月）。 「細菌 DNA-(アデニン N6)-メチルトランスフェラーゼ CcrM の C 末端ドメインの研究」。ビオキミー。119 : 60–67 .土井: 10.1016/j.biochi.2015.10.011。PMID 26475175。 
  18. ^ Albu, RF; Jurkowski, TP; Jeltsch, A. (2012-02-01). 「Caulobacter crescentus DNA-(アデニン-N6)-メチルトランスフェラーゼCcrMは分配的にDNAをメチル化する」. Nucleic Acids Research . 40 (4): 1708– 1716. doi : 10.1093/nar/gkr768 . ISSN 0305-1048 . PMC 3287173. PMID 21926159 .   
  19. ^ Woodcock, Clayton B.; Yakubov, Aziz B.; Reich, Norbert O. (2017年8月). 「Caulobacter crescentusの細胞周期制御性DNAメチルトランスフェラーゼは基質認識に新たなメカニズムを用いる」.生化学. 56 (30): 3913– 3922. doi : 10.1021/acs.biochem.7b00378 . ISSN 0006-2960 . PMID 28661661 .  
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