Metylacja DNA to sposób zmiany działania pewnego fragmentu DNA. Polega na chemicznej zmianie w obrębie DNA, która nie zmienia jednak sekwencji genomu i jest elementem epigenetycznej regulacji ekspresji genów. Dzięki metylacji komórki dostają informację czy dany gen ma być aktywny, czy nie.

Zaburzenia wynikające z nieprawidłowej metylacji DNA są przyczyną wielu chorób, takich jak zespół mielodysplastyczny (MDS), przewlekła białaczka mielomonocytowa (CMML), ostra białaczka szpikowa (AML) i β-hemoglobinopatie. Leczenie tych chorób jest możliwe poprzez blokowanie niechcianej metylacji DNA.

Celem potencjalnych leków na te choroby są metylotransferazy DNA (DNA MTases). To enzymy katalizujące reakcję metylacji (przyłączenia grupy metylowej do zasad azotowych - cytozyny i adeniny w DNA). Bez tych enzymów metylacja nie zachodzi więc tak sprawnie jak powinna.

W artykule w prestiżowym Nucleic Acids Research  - jak streszczają przedstawiciele Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej (IIMCB) w Warszawie - skupiono się na losach analogów cytozyny w dwuniciowym DNA. Praca omawia ich początkową interakcję z enzymami metylującymi DNA oraz ostateczne ich usunięcie. Wyniki wieloletnich badań mogą przyczynić się do zrozumienia interakcji tych enzymów ze związkami wykorzystywanymi w leczeniu wielu chorób, w tym białaczek typu AML oraz CMML.

„Zajęło nam niemal 10 lat, aby złożyć w całość wszystkie elementy układanki, ale jest niezwykle satysfakcjonujące zobaczyć ostateczną wersję artykułu w formie online w Nucleic Acids Research” - mówi cytowana w komunikacie Honorata Czapińska z Laboratorium Biologii Strukturalnej IIMCB.

„Użyliśmy prostej prokariotycznej metylotransferazy M.MpeI jako modelu dla znacznie bardziej skomplikowanego ludzkiego enzymu DNMT1. Niektóre z analogów cytozyny (5-azacytydyna i jej pochodna, 2'-deoksy-5-azacytydyna) są już stosowane terapeutycznie jako inhibitory DNMT1 w leczeniu niektórych białaczek. Naszym celem było biochemiczne i strukturalne scharakteryzowanie kompleksów pochodnych cytozyny z metylotransferazami DNA i wyjaśnienie szczegółów ich interakcji z enzymami oraz dalszych losów” – precyzuje badaczka.

Wyniki okazały się znacznie ciekawsze niż początkowo przypuszczał zespół badawczy. Odkryto, że w obecności małych związków chemicznych zwykle używanych w pracy z metylotransferazami, związki z atomem halogenu w miejscu, które powinno być metylowane, początkowo hamują działanie enzymu. Z czasem jednak są przekształcane podobnie, jak normalna cytozyna.

„Ponieważ powszechnie uważano, że kompleksy inhibitorów ze związkami halogenowymi są nieodwracalne, zajęło nam dużo czasu, aby zrozumieć i udokumentować nasze odkrycia w sposób przekonujący dla ekspertów recenzujących naszą pracę. Niemniej jednak była to fascynująca podróż ku pełnemu zrozumieniu tego zjawiska” – mówi Marek Wojciechowski z Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, Państwowego Instytutu Badawczego w Radzikowie.

Wyjaśnienie mechanizmów molekularnych stojących za oddziaływaniem analogów cytozyny z metylotransferazami DNA może prowadzić do znalezienia nowych sposobów zapobiegania zaburzeniom o podłożu (epi)genetycznym, takim jak niektóre choroby układu krwiotwórczego.

Naukowcy podkreślają, że w analizie wyników pomocne były najnowsze rozważania teoretyczne opublikowane przez kierownika zespołu, prof. Matthiasa Bochtlera w Structure na początku tego roku. Zrozumienie różnic między mapami potencjału elektrostatycznego uzyskiwanymi dzięki mikroskopii krioelektronowej a krystalograficznymi mapami gęstości elektronowej pomogło wyjaśnić rozbieżny wygląd związków halogenowanych w obu typach map.

Artykuł naukowy powstał w ramach współpracy naukowców z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie, Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin - Państwowego Instytutu Badawczego w Radzikowie, Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie oraz Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Oksfordzie.

Nauka w Polsce

lt/ agt/