Выяснены механизмы, координирующие наследование клеточной памяти с репликацией ДНК

Совместные исследовательские группы из Института медицинских наук Токийского университета, Городского университета Йокогамы и Центра комплексных исследований белка в Мюнхене (CIPSM) выяснили новый механизм контроля метилирования ДНК в клетках.

Согласно новому исследованию, убиквитинирование белка PAF15 является важным фактором для наследования метилирования ДНК. Группа также успешно продемонстрировала молекулярный механизм, посредством которого PAF15 убиквитинируется. Таким образом, группа раскрыла механизм, лежащий в основе наследования клеточной памяти при пролиферации клеток.

Исследование опубликовано в Nature Communications. Ожидается, что результаты внесут значительный вклад в прикладные области, такие как разработка новых ингибиторов ДНК-метилтрансферазы, специфично нацеленных на раковые клетки.

Основной механизм этого метилирования ДНК до конца не выяснен

Существует два фактора, превращающих нормальные клетки в раковые. Один — это генетическая мутация, изменяющая последовательность ДНК, а другой — эпигенетическая мутация, меняющая способ использования генов. Эпигенетическая мутация определяется как аберрантный паттерн «метилирования ДНК» и «модификации гистонов». При пролиферации клеток как генетические, так и эпигенетические мутации передаются новым клеткам.

Исследовательская группа решила изучить механизм точного «наследования метилирования ДНК», который критически важен для подавления рака и ранее был недостаточно изучен.

PAF15 — фактор, гарантирующий поддержание метилирования ДНК

Исследовательская группа провела эксперименты с использованием бесклеточной системы, полученной из яиц Xenopus laevis, для анализа белкового комплекса DNMT1. Их работа привела к новому открытию PAF15 как фактора, специфично связывающегося с DNMT1.

Дальнейший анализ показал, что PAF15 связывается с хромосомами через PCNA во время репликации ДНК. Исследовательская группа также показала, что два остатка лизина в PAF15 подвергаются моноубиквитинированию с помощью UHRF1, что облегчает локализацию DNMT1 в хроматине. Эти результаты указывают на то, что PAF15 является важным регулятором DNMT1.

Во время неповреждённой S-фазы большая часть DNMT1 на хромосоме была связана с убиквитинированным PAF15. Повышенные уровни убиквитинирования гистона H3 и взаимодействие между DNMT1 и убиквитинированным H3 наблюдались в сочетании с ингибированием функции PAF15.

Это открытие предполагает, что убиквитинирование PAF15 является основным путём контроля локализации DNMT1 в сайты метилирования ДНК, а убиквитинирование гистона H3 может служить резервной системой. Команда также внесла мутации в аминокислоты в сайте убиквитинирования PAF15 в мышиных ES-клетках и обнаружила, что уровень метилирования ДНК во всём геноме был значительно снижен, что ясно показало, что PAF15 является фактором, гарантирующим поддержание метилирования ДНК.

Потенциал для значительного вклада в разработку ингибиторов ДНК-метилтрансферазы

ДНК-метилтрансфераза также привлекает внимание в качестве мишени для противораковых препаратов. Результаты этого исследования показали не только научную значимость выяснения нового механизма наследования метилирования ДНК, но и потенциал для значительного вклада в разработку ингибиторов ДНК-метилтрансферазы.

Кроме того, сообщалось, что PAF15 сверхэкспрессируется в различных раковых клетках. В будущем будет важно выяснить влияние PAF15 на контроль метилирования ДНК.