1、DNA Methyltransferases（ DNMTs）小组成员：户 彪阮 霞赵丽杰 王 帅 2014.11.7主要内容研究背景DNMTs分类及其结构DNMTs的功能DNMTs抑制剂的相关研究表观遗传学是研究基因的 DNA序列不发生变化的前提下，通过核苷酸或染色体的可逆性修饰使基因表达可遗传的变化的遗传学分支学科。研究背景近年来表观遗传学成为生物学、医学等领域内的研究热点，越来越多的研究证明，很多疾病的发生与表观遗传修饰的异常相关，如哮喘、肝癌、和 HMT（ histone methyl transferase）异常引起的多种肿瘤等。因此。人们越来越认识到表观遗传学的相关研究在人类许多疾病
2、的防治过程中具有的重要意义。表观遗传学的调控机制主要包括 DNA甲基化（ DNA methylation）、组蛋白修饰（ histone modification）、非编码 RNA（ noncoding RNA， ncRNA）作用等。DNA甲基化与肿瘤的关系肿瘤发生是一个多步骤、多阶段的复杂过程 ,包括原癌基因激活和抑癌基因失活。 近来 ,人们发现肿瘤细胞的总体甲基化水平比正常细胞低 ,但是伴有某些 CpG岛甲基化程度增高。 位于正常细胞表达基因启动子附近的 CpG岛通常处于非甲基化状态 ； 而在肿瘤细胞中 ,这些 CpG岛变为甲基化状态 ,其相关抑制基因的表达亦被关闭。抑癌基因的启动子区 甲
3、基化水平偏高，所以 研究 DNA甲基化转移酶抑制剂，以期能够产生抗癌效果。DNA 甲基化是第一个被确认的表观遗传学修饰，参与调控基因表达和细胞分化的过程。 DNA 的存在不是孤立的，而是和组蛋白及其它染色体相关蛋白形成一个复合体。在真核细胞中， DNA 以染色体的形式存在，核小体是染色体的基本组成单位，由 146 bp DNA 缠绕在以组蛋白 H2A、 H2B、 H3 和 H4 各两个分子为中心的八聚体上组成，每个核心组蛋白由一个折叠区和一个氨基末端结构域形成，其显著特征是其氨基末端伸向外围，易于被甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等共价修饰。另一类蛋白，组蛋白 H1，可与线形 DNA 结合以帮助
4、后者形成高级结构与核小体相连。 一、 DNA甲基化DNA甲基化是指在 DNA甲基转移酶的催化下，以 S-腺苷甲硫 氨酸为甲基供体，在 CpG二核苷酸的胞嘧啶分子的 5碳原子上添加一个甲基基团的化学修饰 。DNA的甲基化修饰主要发生在 CpG岛 （ CpG islands, CpGIs） ，即跨越至少 200 个碱基对 ， GC 含量超过 50% 的 DNA 片段， 主要位于基因的启动子和第一外显子区域 。首先 DNA甲基化转移酶与 DNA结合 , 将目标核苷酸反转暴露于 DNA双螺旋之外 , 并嵌入酶的袋形催化结构域里。与此同时 , 碱基对氢键断裂 , 邻近碱基间堆积作用缺失。 DNA-C5甲
5、基转移酶的活性位点 (motif IV)中的保守序列 PCQ中的半胱氨酸残基中的硫醇基对底物 C6位碳进行亲核作用 , 并形成共价键激活。由于 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)的甲基基团结合于 S原子上 , 分子极不稳定 , 在酶的作用下甲基从 SAM转移至被激活的 C5, 随着 C5位上质子的释放与共价中间物的转变 , 最终完成 DNA的甲基化修饰过程。 原理二、 DNMTs1948年 Hotchkiss在牛胸腺内观察到甲基转移酶催化的 DNA甲基化 ; 1964年 , Gold 和 Hurwitz等在 Escherichia coli中鉴定出第一个 DNA甲基转移酶。 分类DNA甲基化转移酶（
6、 DNMTs）催化和维持 DNA的甲基化。根据催化反应类型 将腺嘌呤转化成 N6-甲基腺嘌呤 ; （原核生物） 将胞嘧啶转化成 N4-甲基胞嘧啶 ; （原核生物） 将胞嘧啶转化成 C5-甲基胞嘧啶。（原核生物；真核生物）DNMTs DNMT3a DNMT3LDNMT3b催化 DNA复制过程中的半甲基化 CpGs维持甲基化从头甲基化催化胚胎发育期甲基化DNMT1调节蛋白DNMT2tRNA甲基转移酶微弱的 DNA甲基化酶活性（哺乳动物）维持性甲基化酶 DNMT1，可在甲基化的 DNA模板链指导下在对应部位发生甲基化；二是从头甲基化酶 DNMT3，它必需甲基化的 DNA模版，可以使完全非甲基化的 DNA完全甲基化修饰。DNMT1(维持甲基化 )DNMT3(从头甲基化 )DNMTs的甲基化作用几乎所有的甲基化胞嘧啶残基都出现在对称序列的 5GC-3 二核苷酸上
