Neue Veröffentlichung in "Nucleic Acids Research"

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DNA-(Cytosin-C5)-Methyltransferasen stellen eine große Gruppe evolutionär verwandter Enzyme mit spezifischer DNA-Interaktion dar. Wir haben systematisch die Spezifität und Präferenzen für flankierende Sequenzen von sechs bakteriellen Enzymen dieser Klasse untersucht. Für jedes Enzym wurden mehrere Methylierungsexperimente durchgeführt – insgesamt 196 Experimente mit mehr als 1.300.000 einzelnen Sequenzierungen. Dies ermöglichte es uns, die Erkennungsspezifität und flankierenden Sequenzpräferenzen (sowie deren wechselseitige Abhängigkeit) quantitativ und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, wodurch wir interessante und neuartige Einblicke in den Reaktionsmechanismus von DNA-Methyltransferasen gewinnen konnten. Wir beobachteten eine hohe (>1000-fache) Zielsequenzspezifität, die einen starken evolutionären Druck gegen unspezifische DNA-Methylierung widerspiegelt. Zudem stellten wir ausgeprägte Präferenzen für flankierende Sequenzen (~100-fach) fest. Die Mutation von Aminosäuren, die an DNA-Kontakten beteiligt sind, führte zu lokalen Veränderungen der Spezifität und flankierenden Sequenzpräferenzen, aber auch zu globalen Effekten, was darauf hinweist, dass größere konformationelle Änderungen während der Bildung des Übergangszustands auftreten. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse schließen wir, dass der Übergangszustand der DNA-Methylierungsreaktion der kovalenten Enzym-DNA-Komplexkonformation mit herausgeklappter Zielbase vorausgeht, die in strukturellen Studien aufgelöst wurde. Darüber hinaus legen unsere Daten nahe, dass alternative katalytisch aktive Konformationen existieren, deren Besetzung durch Enzym-DNA-Kontakte moduliert wird. Sequenzabhängige Analysen der DNA-Form deuten darauf hin, dass die flankierenden Sequenzpräferenzen der MTasen durch die sequenzabhängige Modulation der DNA-Konformation verursacht werden. Da DNA-Methyltransferasen eine beispielhafte, gut untersuchte Gruppe evolutionär verwandter Enzyme darstellen, die spezifisch mit DNA interagieren, sind viele unserer Ergebnisse wahrscheinlich auch auf andere DNA-interagierende Enzyme und Proteine übertragbar.