DNAアデニンメチラーゼ
部位特異的DNAメチルトランスフェラーゼ（アデニン特異的）
識別子
EC番号2.1.1.72
CAS番号69553-52-2
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DNAアデニンメチラーゼ（Dam）[ 1 ]（部位特異的DNAメチルトランスフェラーゼ（アデニン特異的）、EC 2.1.1.72、修飾メチラーゼ、制限修飾システムとも呼ばれる）は、新しく合成されたDNAの5'-GATC-3'配列のアデニンにメチル基を付加する酵素である。[ 2 ] [ 3 ] DNA合成直後、娘鎖は短時間メチル化されていないままである。[ 4 ]これは、制限修飾システムの一部ではない孤児メチルトランスフェラーゼであり、遺伝子発現を制御している。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]この酵素は、以下の化学反応を触媒する。

S-アデノシル-L-メチオニン + DNAアデニンS-アデノシル-L-ホモシステイン + DNA 6-メチルアミノプリン⇌{\displaystyle \rightleftharpoons }

これは原核生物とバクテリオファージに特有の酵素の大きなグループです。[ 9 ]

大腸菌DNAアデニンメチルトランスフェラーゼ酵素（Dam）は、クロマチンプロファイリング技術DamIDに広く使用されています。この技術では、Damを目的のDNA結合タンパク質に融合し、遺伝的に扱いやすいモデル生物でトランスジーンとして発現させ、タンパク質結合部位を同定します。[ 10 ]

Dam は複製後に GATC 部位のアデニンをメチル化します。

DNAのミスマッチ修復における役割

DNAポリメラーゼがDNA合成中にミスマッチ塩基対や小さな挿入または欠失を引き起こすエラーを起こすと、細胞はミスマッチ修復と呼ばれる経路によってDNAを修復する。しかし、細胞はテンプレート鎖と新しく合成された鎖を区別できなければならない。一部の細菌ではDNA鎖はDamメチラーゼによってメチル化されるため、複製直後にDNAはヘミメチル化される。[ 4 ]修復酵素MutSはDNAのミスマッチに結合してMutLをリクルートし、続いてエンドヌクレアーゼMutHを活性化する。MutHはヘミメチル化されたGATC部位に結合し、活性化されるとメチル化されていない娘鎖を選択的に切断し、ヘリカーゼとエキソヌクレアーゼがミスマッチ周辺の領域で新生鎖を切除できるようにする。[ 4 ] [ 11 ]その後鎖はDNAポリメラーゼIII によって再合成される。

複製制御における役割

細菌細胞における複製起点（oriC）の発火は、DNA複製が細胞分裂ごとに一度だけ行われるよう、高度に制御されています。この理由の一部は、oriCの反復配列に結合して複製を開始するタンパク質であるDnaAによるATPの緩やかな加水分解によって説明できます。oriCは（大腸菌では）11個の5'-GATC-3'配列を持つため、Damメチラーゼも重要な役割を果たします。DNA複製直後、oriCはヘミメチル化され、一定期間隔離されます。その後、oriCは解放され、DnaAとの結合が起こる前にDamメチラーゼによって完全にメチル化される必要があります。

タンパク質発現の調節における役割

DamはRNA転写の促進と抑制にも関与している。大腸菌では下流のGATC配列がメチル化され、転写を促進する。例えば、尿路病原性大腸菌の腎盂腎炎関連線毛（PAP）相変異は、PAPプロモーターの近位と遠位の2つのGATC部位のメチル化を介してDamによって制御されている。[ 12 ]大腸菌におけるタンパク質調節の役割を考えると、Damメチラーゼ遺伝子は必須ではなく、この遺伝子をノックアウトしても細菌は生存できる。[ 13 ] dam遺伝子のノックアウトにもかかわらず生存能力が保持されることは、サルモネラ菌やアグリゲティバクター・アクチノミセテムコミタンスでも見られる。[ 14 ] [ 15 ]しかし、コレラ菌や偽結核菌などの生物では、dam遺伝子は生存に必須である。[ 16 ]アグリゲティバクター・アクチノマイセテムコミタンスのdam遺伝子のノックアウトは、タンパク質であるロイコトキシンのレベルを調節不全にし、また、微生物の口腔上皮細胞への侵入能力を低下させた。[ 15 ]さらに、歯科病原体であるDamメチラーゼ欠損ストレプトコッカス・ミュータンスに関する研究では、103個の遺伝子の調節不全が明らかになり、そのうちのいくつかにはう蝕誘発能が含まれていた。[ 16 ]

構造上の特徴

C5-シトシンメチルトランスフェラーゼとN6およびN4-アデニンメチルトランスフェラーゼの触媒ドメインの類似性は、機能的類似点と相違点の基礎を理解する上で大きな関心を集めました。メチルトランスフェラーゼまたはメチラーゼは、特定の9つのモチーフの順序と標的認識ドメイン（TRD）に基づいて、3つのグループ（グループα、β、γ）に分類されます。[ 17 ]モチーフIはGly-X-Glyトリペプチドで構成され、Gループと呼ばれ、S-アデノシルメチオニンコファクターの結合に関係しています。[ 18 ]モチーフIIはN4およびN6-アデニンメチラーゼ間で高度に保存されており、β2ストランドの最後の位置に負に帯電したアミノ酸とそれに続く疎水性側鎖がAdoMetに結合します。[ 17 ]モチーフIIIもAdometの結合に関係している。モチーフIVは特に重要で、メチラーゼの特性解析ではよく知られている。これはジプロリル成分で構成され、DPPYモチーフとしてN6-アデニンメチルトランスフェラーゼ間で高度に保存されているが、このモチーフはN4-アデニンメチルトランスフェラーゼとC5-シトシンメチルトランスフェラーゼでは変化する可能性がある。DPPYモチーフはAdoMetの結合に必須であることがわかっている。[ 19 ]モチーフIV-VIIIは触媒活性において役割を果たし、モチーフI-IIIとXは補因子の結合において役割を果たす。N6-アデニンメチラーゼの場合、これらのモチーフの順序はN末端 - X - I - II - III - TRD - IV - V - VI - VII - VIII - C末端であり、大腸菌Damメチラーゼはこの構造順序に従っている。[ 17 ] 2015年の結晶構造解析実験では、大腸菌Damメチラーゼが、議論されたモチーフと同じ配列を持つ非GATC DNAに結合できることが示されました。著者らは、得られた構造がメチル化に基づかない転写の抑制の根拠となる可能性があると仮定しています。[ 20 ]

X 線結晶構造は、大腸菌 Dam メチラーゼが二本鎖 DNA と阻害剤シネファンギンに結合していることを示しています。
大腸菌DamメチラーゼのX線結晶構造は、酵素が二本鎖DNAと阻害剤シネファンギンに結合している様子を示している。修飾されるアデニンは、二重らせん構造から酵素内部に向かって反転した青い棒として示されている。

孤児細菌およびバクテリオファージのメチラーゼ

Damメチラーゼは、制限修飾系の一部ではなく、遺伝子発現、ミスマッチ修復、細菌の複製など、多くの機能を制御するために独立して機能する、孤立メチルトランスフェラーゼです。これは孤立メチルトランスフェラーゼの唯一の例ではなく、 細胞周期制御メチルトランスフェラーゼ（CcrM）も存在します。CcrMは、5'-GANTC-3ヘミメチル化DNAをメチル化し、Caulobacter crescentusなどの関連種のライフサイクルを制御します。[ 21 ]

細菌の同種ファージとは異なり、ファージオーファンメチルトランスフェラーゼも存在し、特に大腸菌に感染するT2、T4、その他のT-evenバクテリオファージに顕著である。 [ 5 ]ある研究では、配列相同性はあるものの、大腸菌とT4 Damメチラーゼのアミノ酸配列は、11～33残基長の4つの領域で最大64%の配列同一性を持つことが判明しており、細菌とファージのメチラーゼ遺伝子の進化上の共通起源を示唆している。[ 22 ] T2およびT4メチラーゼは、5-ヒドロキシメチルシトシンをメチル化する能力だけでなく、非標準的なDNA部位をメチル化する能力においても大腸菌 Damメチラーゼと異なる。これらの厳選された少数のファージオーファンメチルトランスフェラーゼの広範なin vitro特性評価にもかかわらず、その生物学的目的はまだ明らかではない。[ 5 ]

参照

参考文献

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