Prinzip des Kopiervorgangs von DNA Methylierungsmustern durch spezifische Methylierung von hemimethylierten Zielsequenzen nach der DNA Replikation.

1. August 2012 / Albert Jeltsch

DFG Forschungsprojekt zur Untersuchung von Dnmt1 bewilligt

DNA Methylierungsmuster sind essentielle epigenetische Signale, die in der Zellteilung von der Mutter- an die Tochterzellen weitergegeben werden. In diesem Prozess, spielt die Dnmt1 DNA Methyltransferase eine zentrale Rolle. Die DFG hat am 19.7.2012 entschieden, unsere Studien an Dnmt1 in den nächsten drei Jahren zu fördern. In diesem Projekt untersuchen wir zum Einen die Frage, dass die in vitro Aktivität von Dnmt1 nicht ausreicht um die Geschwindigkeit der Remethylierung von DNA in Zellen nach der DNA Repliation zu erklären. Vorläufige Daten aus unserem Labor lassen vermuten, dass die in vitro gemessenen Aktivitäten von Dnmt1 die optimale Aktivität des Enzyms unterschätzen, weil es in unterschiedlichen Konformationen vorliegt. Neuere strukturelle Untersuchungen bestätigen in der Tat, dass Dnmt1 verschiedene autoinhibitorische Konformationen annehmen kann, in denen andere Proteindomänen den Zugang der DNA zur katalytischen Domäne blockieren. Wir planen mittels Einzelenzymkinetiken von Dnmt1, die Umsatzgeschwindigkeit des Enzyms in seiner aktivsten Konformation nach Bindung an die DNA zu bestimmen. Außerdem werden wir untersuchen, ob eine mögliche gerichtete Bewegung des Enzyms auf der DNA in der Zelle (im Gegensatz zum ungerichteten random walk auf der DNA in vitro) die Methylierungsgeschwindigkeit weiter erhöhen kann. Der Ausgangspunkt für den zweiten Teil dieses Vorhabens ist, dass die in vitro gemessene Spezifität von Dnmt1 offensichtlich nicht ausreicht, um DNA Methylierungsmuster zu kopieren, weil das Enzym auch unmethylierte CpG Stellen methyliert. Dies ist insbesondere außerhalb der S-Phase kritisch, wenn keine „korrekten“ hemimethylierten Substratstellen zur Verfügung stehen. Wir planen deshalb zu untersuchen, ob eine an den Zellzyklus gekoppelte Regulation der Aktivität und/oder Spezifität von Dnmt1 erfolgt. Dazu planen wir post-translationale Modifikationen des Enzyms zu identifizieren, und zu untersuchen, ob diese Zellzyklus abhängig variieren und ob diese die Aktivität oder Spezifität des Enzyms oder die Interaktion mit anderen Proteinen beeinflussen.

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