Enzymatisk photocaging til undersøgelse af genregulering gennem DNA-methylering

Tilføjelse og fjernelse af methylgrupper på DNA spiller en vigtig rolle i genregulering. For at studere disse mekanismer mere præcist, et tysk team har udviklet en ny metode, hvorved specifikke methyleringssteder kan blokeres og derefter ophæves på et præcist tidspunkt gennem bestråling med lys (photocaging). Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , den nødvendige regent produceres enzymatisk, in situ.

Selvom de ser meget forskellige ud og har helt forskellige funktioner, alle celler i vores krop har identisk DNA. Imidlertid, de bruger ikke de samme gener. Visse gener er tændt og andre slukket, afhængig af celletypen og tidspunktet. "Switcherne" er kemiske ændringer i DNA'ets byggesten. Disse ændringer kaldes epigenetiske modifikationer. En væsentlig reguleringsmekanisme er methylering og demethylering, betyder vedhæftning og fjernelse af en methylgruppe (-CH ₃ ). Methyleringsmønstre af kræftceller, for eksempel, adskiller sig fra raske celler. Under en methylering, enzymer kendt som methyltransferaser (MTaser) overfører en methylgruppe fra S-adenosyl- _L -methionin (AdoMet) til målmolekylet.

For at studere formålet med og funktionen af ​​denne regulering nærmere og bestemme methyleringsmønstre, det ville være nyttigt at have "værktøjer" til specifikt at hæmme methylering på målrettede steder og derefter ophæve hæmningen på et defineret tidspunkt. Til denne ende, et team ledet af Andrea Rentmeister valgte at bruge en metode kendt som photocaging. I denne metode, et "fotobur" er et molekyle, der falder fra hinanden ved bestråling, såsom en 2-nitrobenzylgruppe. Buret blokerer først målstedet, derefter fungerer målrettet bestråling med lys som en 'switch' for at fjerne blokaden.

Ideen var at udstyre AdoMet-analoger med et fotobur, der derefter overføres til methyleringsstederne. Imidlertid, AdoMet-analoger nedbrydes i vandige opløsninger og kan ikke trænge ind i celler. Derfor, holdet på universitetet i Münster ønskede at producere dem in situ. I kroppen, AdoMet fremstilles af aminosyren methionin gennem virkningen af ​​enzymet, methioninadenosyltransferase (MAT). Syntese af AdoMet-analogerne kræver methionin med et vedhæftet nitrobenzyl-fotobur og en MAT, der kan bruge et sådant ændret substrat. Startende med et MAT-enzym fra en encellet organisme (Cryptosporidium hominis), forskerne var i stand til omhyggeligt at ændre specifikke aminosyrer i enzymet for at øge størrelsen af ​​dets hydrofobe bindingshulrum, så det kunne indeholde nitrobenzylgruppen. En krystalstrukturanalyse viste, at ADoMet-analogen er bundet i hulrummet af denne photocaging MAT (PC-MAT). Baseret på disse oplysninger, holdet producerede også en anden PC-MAT baseret på et termostabilt MAT-enzym fra arkæonen Methanocaldococcus jannaschii.

Begge disse PC-MAT'er er kompatible med DNA- og RNA-MTaser og gjorde det muligt at vedhæfte fotobure til alle naturlige methyleringssteder af et plasmid-DNA. Bestråling med lys fjernede blokaden.