Biochemische Charakterisierung und biologische Rolle der DNMT3A und DNMT3B de novo DNA Methyltransferasen

• Antragsteller: Professor Dr. Albert Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194537093

DNA-Methylierung ist eine wichtige epigenetische Modifikation, die im Zusammenspiel mit Histonmodifikationen für die Genregulation essentiell ist. Bei Säugetieren werden die DNA-Methylierungsmuster während der Embryogenese und Entwicklung gesetzt, aber während des Auftretens und Fortschreitens von Krankheiten wie Krebs abnormal verändert. Die DNMT3A und 3B DNA-Methyltransferasen spielen bei diesen Prozessen eine zentrale Rolle, aber es ist noch weitgehend unbekannt, wie DNA-Methylierungsmuster erzeugt und aufrechterhalten werden. In diesem Förderantrag wollen wir die wichtigsten biochemischen Eigenschaften von DNMT3 Enzymen untersuchen, u.A. ihre Wechselwirkung mit Histon PTMs, die Multimerisierung der Enzyme und die Regulation ihrer Aktivität durch PTMs, Interaktoren und allosterische Mechanismen. Unser zentrales Ziel ist es, den Mechanismus, die zelluläre Rolle, die Regulation und das Targeting von DNMT3A und DNMT3B zu verstehen mit dem langfristigen Ziel wie DNA-Methylierungsmuster in Zellen erzeugt und verändert werden.WP1 dieses Antrags befasst sich mit der Rolle der PWWP-Domänen von DNMT3-Enzymen bei deren Targeting und Regulation. Wir haben im Jahr 2010 berichtet, dass die PWWP Domäne von DNMT3-Enzymen H3K36me3-modifizierte Histone erkennt und dass diese Interaktion für das Targeting des Enzyms an Chromatin wichtig ist. Basierend auf den Ergebnissen, dass PWWP-Domänen auch an DNA binden, planen wir nun, die multivalente Wechselwirkung von DNMT3 PWWP-Domänen mit K36me3 und DNA im Chromatin zu untersuchen. Anschließend planen wir den Mechanismus der Regulation der enzymatischen Aktivität durch Peptidbindung an die PWWP-Domäne in vitro und in Zellen zu untersuchen. Ein besseres molekulares Verständnis dieses Prozesses ist sehr wichtig, da es die mechanistische Grundlage für die Korrelation von DNA-Methylierung und H3K36me3 in den Genregionen aktiver Gene ist.WP2 beschäftigt sich mit der wichtigen Frage der Regulation von DNMT3-Enzymen durch posttranslationale Modifikationen und interagierende Proteine, die es Zellen ermöglichen, ihre Aktivität zu kontrollieren, um definierte DNA-Methylierungsmuster aufzubauen und zu erhalten. Wir untersuchen die Regulation von DNMT3A durch CK2-vermittelte Phosphorylierung, die Regulation von DNMT3B durch Phosphorylierung im Untereinheit Kontaktbereich und die sehr wichtige Wechselwirkung beider DNMT3-Enzyme mit HELLS, einem für die Genom-Methylierung notwendigen Chromatin-Remodeller, dessen exakten mechanistischen Rolle bislang ungeklärt ist.WP3 hat zu Ziel, die spezifische Rolle von DNMT3B bei der Methylierung von Major Satellite Repeat DNA und dessen spezielle Beteiligung am ICF-Syndrom aufzuklären. Ein zweites Ziel ist es, die funktionellen Eigenschaften von heterotypischen DNMT3A-, 3B- und 3L-Komplexen zu charakterisieren, eine Frage die bisher nicht untersucht wurde. Unsere Ergebnisse werden das Verständnis der Zusammenarbeit dieser beiden DNMT3 Paraloge in menschlichen Zellen befördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen