JBC：表观遗传学热点酶的作用机制

研究人员发现大肠杆菌的Dam酶在DNA上移动进行甲基化修饰时会发生“跳跃”，并对其物理特性和行为进行了分析。该文章发表在Journal of Biological Chemistry杂志上。

　　

生物通报道：加州大学圣芭芭拉分校的研究人员发现大肠杆菌的Dam酶在DNA上移动进行修饰时会发生“跳跃”，并对其物理特性和行为进行了分析，这一研究成果能为生物医学研究和其他科学应用提供帮助。该文章发表在Journal of Biological Chemistry杂志上。

大肠杆菌的适应机制使其能依据不同环境改变自己的表型（可观察到的特性）。例如，大肠杆菌在需要寻找食物、粘附宿主组织、或者繁殖时，细菌表面会形成纤毛（毛发状结构），使其能够移动、粘附或传递遗传物质。

“我们希望了解细胞中是什么引发了这些改变，”文章第一作者Adam Pollak说。

DNA腺嘌呤甲基转移酶Dam给DNA特定序列（GATC位点）加上甲基化标签，就是这种表观遗传学机制促使纤毛形成。类似这样的标签信号机制，也在人体内指导着由同样的DNA序列形成不同器官组织的过程。这些DNA修饰标签的添加属于一个广泛的领域，表观遗传学，即调节基因表达的基因组可遗传修饰。

此前普遍观点认为Dam酶只在细菌双螺旋DNA的一条链上移动寻找GATC位点，但研究人员发现，实际上Dam会在双螺旋两条链的GATC位点上“跳跃”。

研究人员利用DpnI限制性内切酶进行基因工程改造，得到了甲基化位点间的长度和距离各异的多条DNA序列，并由此发现GATC位点的聚集会使Dam酶跳跃得更加频繁。例如，当两个识别位点间距在10-200bp以内时，Dam跳跃发生的可能性更高。GATC 位点的聚集与基因调控关系密切，而双螺旋上单独的GATC位点与DNA复制有关。文章还提到，Dam在DNA上移动时，未定位GATC序列的时间越长，发生跳跃的可能性越小，但GATC序列的引入会再次激活这一跳跃机制。

文章指出，Dam酶的跳跃机制能够解释为何DNA修饰酶能在海量非特异性DNA中找到自己的识别位点，以及为何Dam酶能够无视反义链方向而修饰多个位点。

该研究团队对大肠杆菌的行为、影响毒力的因素、抗性和繁殖力进行了数十年的研究。研究上述大肠杆菌能力的开关机制，将帮助人们了解这些能与人类共生有时又会引发疾病的细菌，并有助于相关疾病的治疗。

“举例来说，如果我们找到一种上述开关的抑制剂，尿路感染就没有立足之地了。”Pollak说。

研究团队近期还发表了一篇文章，描述了人体内的类似机制，而这一机制在特定白血病类型中被破坏。

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

Proximal Recognition Sites Facilitate Intrasite Hopping by DNA Adenine Methyltransferase

MECHANISTIC EXPLORATION OF EPIGENETIC GENE REGULATION

The methylation of adenine in palindromic 5′-GATC-3′ sites by Escherichia coli Dam supports diverse roles, including the essential regulation of virulence genes in several human pathogens. As a result of a unique hopping mechanism, Dam methylates both strands of the same site prior to fully dissociating from the DNA, a process referred to as intrasite processivity. The application of a DpnI restriction endonuclease-based assay allowed the direct interrogation of this mechanism with a variety of DNA substrates. Intrasite processivity is disrupted when the DNA flanking a single GATC site is longer than 400 bp on either side. Interestingly, the introduction of a second GATC site within this flanking DNA reinstates intrasite methylation of both sites. Our results show that intrasite methylation occurs only when GATC sites are clustered, as is found in gene segments both known and postulated to undergo in vivo epigenetic regulation by Dam methylation. We propose a model for intrasite methylation in which Dam bound to flanking DNA is an obligate intermediate. Our results provide insights into how intrasite processivity, which appears to be context-dependent, may contribute to the diverse biological roles that are carried out by Dam.