Mechanismus und Regulation der Dnmt1 DNA Methyltransferase

• Antragsteller: Professor Dr. Albert Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225439244

Dnmt1 ist ein großes Multidomänenenzym, welches spezifisch hemimethylierte CpG Sequenzen nach der DNA Replikation methyliert und dadurch DNA Methylierungsmuster über die Zellteilung kopiert. Dies ist ein zentraler epigenetischer Prozess, der in viele biologische Vorgänge involviert ist. 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. Im Falle von Phosphorylierung und Lysin Methylierungen wollen wir untersuchen, ob die Modifikationen die Aktivität oder Spezifität des Enzyms beeinflussen oder die Interaktion mit anderen Proteinen. Wir werden außerdem untersuchen, ob die subzelluläre und subnukleare Lokalisation des Enzyms beeinflusst wird. Wir sind davon überzeugt, dass dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Erhaltung von DNA Methylierungsmustern- einem elementaren epigenetischen Vorgang- liefern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen