文档介绍：DNA甲基转移酶3B在异常发育中作用的研究进展
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【关键词】 DNA甲基化 DNA甲基转移酶胚胎发育 CpG岛
正常的DNA甲基化模式对于哺乳动物细胞的生长和发育至关重要,其通过基因沉默、印迹清除和重建、X染色体失活等作用于胚胎发育期在细胞内建立特异的DNA甲基化模式,这种模式在胚胎发育和细胞增殖过程中能稳定传递,影响个体整个生长、发育过程。DNA甲基转移酶3B(DNA methyltransferase 3B,DNMT3B)是哺乳动物体内的DNA重新甲基化酶之一,在建立和维持个体的DNA甲基化模式的过程中起到了非常重要的作用。关于DNMT3B的研究已经越来越成为众多科学研究者关注的热点。
脊椎动物DNA链中的CpG岛存在甲基化,CG序列的甲基化主要发生于胞嘧啶C5,这些CG序列中有70%~80%是通过某种细胞类型特异性模式来修饰的[1]。胚胎发育、细胞分化、X染色体的失活、基因组印记以及转位子的抑制等过程中的基因调控都涉及了DNA链中CpG岛的甲基化[2]。基因组DNA的甲基化主要通过DNA甲基转移酶(DNA methyltransferases, DNMTs) 来完成[3],DNMT催化S腺苷L甲硫氨酸的甲基基团转移至DNA胞嘧啶的5′C上,实现DNA甲基化,建立和维持基因表达调控模式。目前哺乳动物中的DNMT主要由DNMT1、DNMT2、DNMT3等3个家族组成。DNMT1的主要作用是维持基因组DNA的甲基化水平,它是哺乳动物中唯一对半甲基化的位点有很强偏好性的DNA甲基转移酶[4]。DNMT2是真核生物中最小的DNA甲基转移酶,到目前为止它的生物学功能还不是很清楚。DNMT3家族包括DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。DNMT3A、DNMT3B的主要作用是催化DNA重新甲基化,其N末端都包含一个类似ATRX的结构域(或称为Plant HomeodomainPHD结构域)和一个PWWP ( prolinetryptophantryptophanproline)结构域,这两个结构域在与其他蛋白的相互作用及异染色质的定位中有一定作用[1]。DNMT3L虽没有明确的甲基催化活性,但它在母源基因组印记的建立中起了主要作用,同时它还是DNMT3A、DNMT3B催化活性的刺激因子[5]。
1 DNMT3B和DNMT3A生物学作用的比较
DNMT3A和DNMT3B负责在生殖细胞、胚胎干细胞中以及胚胎发育时期建立DNA甲基化模式,尽管两者的氨基酸序列和生化活性有很明显的相似,但它们却有着不同的生物学作用[6]。在小鼠中研究发现,~(embryonic day ~)是高表达的,随后明显下降,;,在已分化细胞和成体组织中DNMT3A和DNMT3B都是低表达的,而且DNMT3B的表达水平明显低于DNMT3A[7]。DNMT3A缺失的小鼠胚胎发育不全,出生后3到4周死亡; d即死亡。此外,DNMT3A对裸露的DNA甲基化效率比较高,而很少对核小体核心部位的DNA进行甲基化作用,与之相反,DNMT3B却对核小体核心部位的DNA有明显的甲基化作用[8]。
2 DNMT3B和胚胎发育
胚胎发育时,基因组的DNA甲基化经历了一个动态的重新编程过程,主要表现为受精后基因组的普遍去甲基化和植入后广泛的重新甲基化。DNMT3B对胚胎的正常发育至关重要,研究显示,~ dpc(days post coital)时死亡。目前认为DNMT3B基因完全敲除小鼠的胚胎致死可能和以下因素有关:正常情况下DNMT3B抑制一些调控细胞生长的基因,DNMT3B基因完全敲除后导致这些基因的失控,从而导致细胞生长停滞;DNMT3B基因完全敲除小鼠胚胎中分离出来的MEF(mouse embryonic fibroblast)细胞呈现早衰现象[9];在DNMT3B基因完全敲除小鼠中发现的多发性心血管缺陷也可能是导致胎死的原因;正常情况下,DNMT3B在胎盘组织中高度表达,当其被敲除后导致胎盘发育缺陷,进而导致胎死[10]。
DNMT3B基因完全敲除的小鼠在胚胎时期死亡,但是携带DNMT3B基因 ICF (immunodeficiency centromeric instability and facial anomalies) 错义突变小鼠可以足月分娩,同时表现出和人类ICF 综合征患者相似的表型。ICF 综合征是一种少见的常染色体隐性遗