Nowe fakty o metyltransferazach
Kasia Kuleszewicz | 2005-12-12
Jak się niedawno okazało naukowcy są w stanie modyfikować specyficzne sekwencje wewnątrz cząsteczki DNA przy użyciu "przyborów" zawartych w komórce. Metoda modyfikacji nie tylko pozwoli poznać wpływ biochemicznych oddziaływań na cząsteczkę DNA, ale ma także potencjalne zastosowanie w diagnostyce opartej na DNA, a także w nanobiotechnologii.
Naukowcy wykorzystując metody chemiczne i biotechnologiczne określili grupę istotnych enzymów, które przyłączają różne grupy chemiczne do cząsteczki DNA zmieniając przez to jej funkcję. Swoje wyniki opublikowali w Nature Chemical Biology.
Badane enzymy znane są jako metyltransferazy i są one jednym z "narzędzi" używanych przez komórkę. Służą zazwyczaj do włączania i wyłączania funkcji genów. Dodając cztery atomy (atom węgla przyłączony do trzech atomów wodoru) nazywane w całości grupą metylową do odpowiedniego miejsca na cząsteczce DNA, metylotransferazy mogą efektywnie wyłączać funkcję genów. Proces ten nazywa się metylacją i odgrywa istotna rolę w procesach takich jak: rozwój embrionalny, imprinting genomu, kancerogeneza regulując ekspresję genów.
Metyltransferazy wymagają źródła grup metylowych, które przyłączają do DNA. Źródłem tym jest najczęściej cząsteczka zwana S-adenozylo-L-metioniną (AdoMet), nazywana także SAM lub SAMe. Metyltransferazy zabierają od AdoMet grupę metylową i przenoszą ją bezpośrednio na cząsteczkę DNA, umieszczając grupę w ściśle określonym miejscu. Dokładność z jaką metyltransferaza umieszcza grupę metylową na DNA zasugerowała naukowcom, że może być ona używana w laboratorium jako bardzo dokładne narzędzie.
W eksperymencie naukowcy udowodnili, że metyltransferazy mogą być także używane do przenoszenia większych grup niż metylowe, z taka sama dokładnością i specyficznością.
Do eksperymentu zsyntetyzowano analog cząsteczki AdoMet, która zawierała grupy chemiczne z dłuższymi łańcuchami w pozycjach, gdzie grupy metylowe były najczęściej ulokowane. Metyltransferazy były w stanie wziąć większą grupę z cząsteczki AdoMet i przenieść ją na cząsteczkę DNA.
Rodzina metyltransferaz DNA zawiera enzymy potrafiące rozpoznać ponad 200 różnych specyficznych sekwencji. Dlatego metoda modyfikacji opracowana przez naukowców zapewnia niespotykaną dotąd możliwość eksperymentalnego manipulowania DNA przez przyłączanie grup chemicznych w specyficznych miejscach.
Naukowcy przewidują, że metyltransferazy staną się powszechnie używanym narzędziem w laboratorium, takim jak obecnie są endonukleazy restrykcyjne.
Wcześniejsze badania sugerowały, że transfer większych grup chemicznych niż metylowe nie będzie możliwy ze względu na to, że zamiana grup metylowych cząsteczki AdoMet zmniejszałaby reaktywność chemiczną składnika. Aby zapobiec temu problemowi transfer ustabilizowano wielokrotnym wiązaniem miedzy atomami węgla.
Energia chemiczna AdoMet jest wystarczająca aby dostarczyć małą cząsteczkę metylową do DNA. Jednak transfer większych grup chemicznych wymaga dodatkowego źródła energii.
Eksperyment pokazał, że transfer łańcuchów węglowych długości 4-5 jednostek jest możliwy, a dodatek kilku jednostek nie wpłynie na wydajność.
Ponieważ metyltransferazy wykazują specyficzność względem danych sekwencji, naukowcy znaleźli dodatkową zaletę w stosunku do powszechnie używanych technik oznaczania DNA czy innych biopolimerów. Technika wykorzystania metyltransferaz pozwala na oznaczanie dużych cząsteczek DNA w specyficznych wewnętrznych i zewnętrznych miejscach.
Przykładowym zastosowaniem mogłoby być oznaczanie składników komórki. Jak dotąd używa się w tym celu biotyny, która łączy się następnie ze streptawidyną i dzięki temu streptawidyna może być użyta w odzyskiwaniu interesujących nas cząsteczek komórki. Jeśli jednak biotyna zostałaby wbudowana w analog AdoMet mogłaby być użyta jako "haczyk" wyławiający wszystkie interesujące nas cząsteczki metylowane naturalnie w komórce.
Potencjalnych zastosowań techniki z metyltransferazą jest wiele. Jednak naukowcy zamierzają jak na razie zsyntetyzować nowe analogi AdoMet aby powiększyć zakres grup chemicznych, które mogą być transferowane do DNA przez metyltransferazy.
DNA nie jest jedyną cząsteczką metylowaną naturalnie w komórce. RNA i białka także ulegają metylacji, a enzymy przeprowadzające reakcje metylacji także korzystają z AdoMet jako źródła grup metylowych. Jednym z potencjalnych zastosowań w tym przypadku mogłoby być oznaczanie różnych miejsc rybosomu fluoroforem używając odpowiednich metyltransferaz RNA, które mogły by przenosić jego grupy. Pozwoliłoby to na badanie w czasie rzeczywistym skomplikowanych mechanizmów translacji białek.
Źródło: Howard Hughes Medical Institute