DNA의 메틸화

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DNA의 메틸화에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

K4는 Rb 단백질을 인산화시켜 불활성화 시키고, 결과적으로 세포분열이 일어나게 한다. DNA결함 수복이 일어나기 전에 세포분열이 일어나게 함으로써, 유전자의 변이를 유발할 수 있다. Dnmt1이 발현되지 않도록 하거나 기능을 방해하면, DNA복제를 훼방할 수 있다(Knox JD 등, 2000). 또 다른 시나리오는 만약 p53/p21 경로가 녹아웃 되거나 p21이 변이에 의해 불활성화 된다면, 복제소에 있는 PCNA에 Dnmt1이 붙게 되고, 이로 인해 이상 메틸화를 초래할 가능성도 있다고 주장된 바 있으나, 뒷받침하는 후속적인 연구결과는 없다. Dnmt1의 프로모터와 엑손1에 p53 결합부위가 있는 것으로 알려져 있으며, 정상적으로는 p53이 그 부위에 결합하여, Dnmt1의 발현을 억제하다가 DNA가 손상 받는 상황이 발생하면, p53은 Dnmt1으로부터 떨어지고, Dnmt1의 발현이 상승된다(Peterson EJ 등, 2003). Dnmt1 프로모터에 AP-1 전사인자 결합부위가 있어. Ras-AP-1 시그널 경로에 의해 활성화될 가능성이 제시되었으나(MacLeod AR 등, 1995; Rouleau J 등, 1995; Szyf M 등, 1995), 후속적인 연구가 뒷받침되지 않아 불확실하다.
Dnmt1은 새로운 단백질인 DMAP1과 상호작용 할 수 있으며, 이 단백질은 HDAC과 무관하게 전사 억제자로서 기능할 수 있다. Dnmt1은 pRb및 이와 연합되어 있는 E2F-1 전사 활성자(transcriptional activator)와도 복합체를 이룬다(Robertson KD 등, 2000; Rountree MR 등, 2000; Pradhan S and Kim GD, 2002). Rb가 E2F-1 결합부위를 가진 프로모터의 전사를 억제하는 기전은 Dnmt1에 의해 항진 되는데, 정보 제공 유전자를 이용한 실험에서 신생 메틸화가 동반되지 않음을 확인하였다. 즉 Rb와 E2F-1에 의한 전사억제 기전에 Dnmt1이 참여하고, 이 전사 억제에는 DNA 메틸화가 일어나지 않는다(Robertson KD 등, 2000). 흥미로운 것은 Dnmt1 프로모터가 Rb-E2F1에 의해 조절받기 때문에, 이러한 피드백 루프가 Dnmt1 발현의 균형을 도모한다 (Kimura H 등, 2003).
Fuks 등의 연구에 의하면, Dnmt1은 DNA 메틸화와 무관한, 전사억제 기능이 있으며, 여기에 관여하는 구역은 Dnmt1의 중간에 위치한다. 이 전사억제 도메인은 전반부와 후반부가 있는데, 후반부는 HDAC과 결합함으로써 억제기능을 보이지만, 전반부는 HDAC과 무관한 전사억제기능을 갖는다(Fuks F 등, 2001). Dnmt1은 히스톤 메틸전달효소인 SUV39H1(Fuks F 등, 2003), 히스톤 탈아세틸화효소인 HDAC1, HDAC2와 직접적으로 상호작용한다. 게다가, Dnmt1은 메틸 CpG 결합 단백질인 MBD2, MBD3(Tatematsu KI 등, 2000), MeCP2(Kimura H 등, 2003)와 상호작용 할 수 있으며, 또한 헤테로크로마틴 결합 단백질인 HP1과도 상호작용 할 수 있다(Fuks F 등, 2003). 이 모든 상호작용들은 전사를 억제하고, 억제된 상태를 유지하는 결과를 초래한다. 끝으로, Dnmt1은 Dnmt3a 및 3b 와 직접적으로 상호작용을 할 수 있다(Kim GD 등, 2002). 이와 같이 Dnmt1이 다른 많은 단백질들과 상호작용하고 있다는 것은 Dnmt이 메틸화 기전뿐만 아니라, 메틸화와 무관한 기전으로도 유전자를 불활성화 시키는데 관여하고 있음을 의미한다.
단백질로 전이되는 시작 위치가 다른, 여러 가지 형태의 DNMT1이 알려져 있다(Pradhan S 등, 1997). 생쥐에서 전사시작 부위가 다른 세 개의 Dnmt1이 알려져 있고, 이들은 각각 다른 세포들에서 활동을 한다. 체세포에서는 특이적인 프로모터가 Dnmt1s를 발현시키도록 구동시키는데, 이것은 수정란이 착상되기 전에 활성화되어 발현된다(Mertineit C 등, 1998;Howell CY 등, 2001). 난모세포(oocyte)에 특이적인 형태인 Dnmt1o 효소는 성숙한 난모세포에 다량 발현되어 있고, 할구(cleavage)기에 지속적으로 세포질에서 활동하거나 8세포 할구단계에 핵 내로 이동하며, 16세포 단계에 세포질로 나온 뒤, 착상 후에 발현이 안된다. Dnmt1o 의 단백질 전이는 난모세포에 특이적인 5‘ 엑손으로부터 시작되며, Dnmt1s 에 있는 N-말단 118개 아미노산 잔기가 없는 짧은 펩타이드를 만든다. 선택적 유전자 불활성화(gene targeting) 실험 결과들은, Dnmt1o 생쥐에서 모성 각인 유전자들의 메틸화 표시를 유지하는 역할을 한다고 시사하고 있다(Howell CY 등, 2001). DNMT1을 임의적으로 과발현 시키거나 N-말단 조절 도메인과 C-말단 촉매 도메인을 분할시키면 신생메틸화가 증가하고 (Vertino PM 등, 1996; Bestor TH, 1992) 세포의 형질전환이 일어난다(Meehan RR. 2003). 또 다른 접합형태(splice form)는 Dnmt1b인데, 이것은 엑손 4와 5사이에 48개의 핵산이 부가적으로 더 있다. Dnmt1b 단백질의 양은 Dnmt1 전체 양의 약 2~5%이고, 효소능력은 비슷하지만, Dnmt1b 의 생물학적 기능에 대해선 아직은 분명하지 않다.
(1) 반복시퀀스의 보존성 메틸화에 있어서 DNA 메틸전달효소간의 협동성
Jones 그룹은 생쥐의 배아 줄기세포를 이용하여, DNA 메틸전달효소를 체계적으로 녹아웃시켜 Dnmt1, Dnmt3a, Dnmt3b 등이 보존성 메틸화에서 하는 역할을 규명하고자 시도하였다(Liang G 등, 2002). 그 결과, Dnmt3a 및 Dnmt3b 없이, Dnmt1만으로도 CpG 밀도가 낮은 곳의 메틸화를 보존, 유지할 수 있었다. 그러나, LINE-1 프로모터를 포함한 특정 시퀀스들의 메틸화 보존에는 Dnmt1과 Dnmt3a 또는 Dnmt1과 Dnmt3b 의 협동이 필요하였다. 반 메틸화 측정(hemimethylation assay)법을 이용하여 분석하였을

키워드

DNA 메틸화,   DNA메틸전달효소(DNA methyltranferase),   2. CpG islands의 정의와 CpG islands 메틸화