Почему нормальные клетки превращаются в раковые клетки. Один из факторов тесно связан с нарушением механизма дифференцировки клеток, называемого метилированием ДНК. Объединенные исследовательские группы из Института медицинских наук, Токийского университета, Йокогамского городского университета и Центра интегрированных белковых наук в Мюнхене (CIPSM) выяснили новый механизм контроля метилирования ДНК в клетках.

Согласно новому исследованию, убиквитинирование белка под названием 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 было опубликовано в Nature Communications (онлайн-версия, 6 марта 2020 г.). Ожидается, что результаты будут в значительной степени способствовать применению в этой области, например, разработке новых ингибиторов ДНК-метилтрансферазы, которые специфически нацелены на раковые клетки.

Основной механизм этого метилирования ДНК не был полностью выяснен

Есть два фактора, которые превращают нормальные клетки в раковые клетки. Одна – это генетическая мутация, которая изменяет последовательность ДНК, а другая – эпигенетическая мутация, которая меняет способ использования генов. Эпигенетическая мутация определяется как аберрантный паттерн «метилирование ДНК» и «модификация гистонов». Когда клетки пролиферируют, генетические и эпигенетические мутации передаются в новые клетки.

Исследовательская группа решила исследовать механизм достоверного «наследования метилирования ДНК», который имеет решающее значение для подавления рака и еще недостаточно изучен.

Как один из ведущих исследователей, доцент Ацуя Нишияма из Токийского университета, объясняет следующее:

Каждая клетка имеет одинаковую генетическую информацию. Каждая клетка имеет очень разные характеристики. Именно метилирование ДНК определяет характеристики каждой клетки. До сих пор корреляция между сбоем механизма метилирования ДНК и раком клеток была известна, но как метилирование ДНК контролирует заболевание, не было. Вот почему мы провели исследование, чтобы понять основные механизмы метилирования ДНК. "

PAF15 является фактором, гарантирующим 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, который специфически связывается с DNMT1.

Дальнейший анализ показал, что PAF15 связывается с хромосомами через PCNA во время репликации ДНК. Исследовательская группа также показала, что два лизиновых остатка PAF15 подвергаются моноубиквитинированию с помощью UHRF1, чтобы облегчить локализацию хроматина DNMT1. Эти результаты показывают, что PAF15 является важным регулятором DNMT1.

Во время невозмущенной 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 путем, контролирующим локализацию DNMT1 в сайтах метилирования ДНК, и что убиквитинирование гистона H3 может служить резервной системой. Исследователи также представили мутации аминокислот в месте убиквитинирования PAF15 в мышиных ES-клетках и обнаружили, что уровень метилирования ДНК во всем геноме был значительно снижен, что дает понять, что PAF15 является фактором, гарантирующим поддержание метилирования ДНК. .

Потенциал для значительного вклада в разработку ингибиторов метилазы ДНК

Метилаза ДНК также привлекает внимание как материал для противораковых лекарств. Результаты этого исследования показали не только научную значимость выяснения нового механизма наследования метилирования ДНК, но также и потенциальный вклад в разработку ингибиторов ДНК-метилтрансферазы.

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