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Werkzeuge der Gentechnik

Methyltransferasen

Definition
Methyltransferasen modifizieren die DNA durch die kovalente Bindung von Methyl-Gruppen an Cytosin oder Adenin. Die Methyl-Gruppen werden in der Regel mit der Hilfe von S-Adenosyl-L-methionin als Cofaktor auf bestimmte Nucleotide übertragen. Als Produkte entstehen 5-Methylcytosin, N6-Methyladenin und N4-Methylcytosin.
Abb.1
Methyltransferase von E. coli

Methyltransferasen sind Bestandteil des Restriktions-Modifikations-Systems bei Prokaryonten.

Dieses System dient der Abwehr von Fremd-DNA und schützt so die Zelle vor dem Eindringen von Virus-DNA o.ä. Anhand der Methylierung kann die zelleigene DNA von der Fremd-DNA unterschieden werden. Die modifizierte, zelleigene DNA ist vor den Angriffen von den methylierungssenstiven Restriktionsendonucleasen geschützt.

Bei Eukaryonten wird über eine wichtige Bedeutung der DNA-Methylierung im Rahmen der Regulation der Genexpression diskutiert. Bei Säugern finden sich im vorgelagerten Sequenzbereich von Genen so genannte 5'-CpG-3'-Inseln, bei diesen handelt es sich um eine Ansammlung einer im Genom ungleichmäßig verteilten Dinucleotid-Abfolge. Bei aktiven Genen sind die Cytosin-Reste der Inseln nicht methyliert, bei stummen Genen hingegen sehr stark methyliert.

Zur Reaktivierung der Gene müssen die Methyl-Substituenten wieder entfernt werden. Dies scheint beim 5-Methylcytosin nicht direkt, sondern über die Zwischenstufe 5-Hydroxymethylcytosin zu erfolgen. Als verantwortliche Enzyme für die Hydroxylierung wurden TET1)1 und TET2 identifiziert2, 3, 4).

Methyltransferasen werden in der Gentechnologie dazu verwendet, die Erkennungssequenzen bestimmter Restriktionsendonucleasen in synthetischen DNA-Fragmenten vor dem Angriff der bakteriellen Restriktionsendonucleasen zu schützen.

1)TET: ten-eleven-translocation
2) Bocker, M. T.; Tuorto, F.; Raddatz, G.; Musch, T.; Yang, F.; Xu, M.; Lyko, F.; Breiling, A. (2012): Hydroxylation of 5-methylcytosine by TET2 maintains the active state of the mammalian HOXA cluster. In: Nature Communications. 3 ,
  • Quelle
  • 3)Junjie, G. U.; Su, Y.; Zhong, C. .; Ming, G.; Song, H. (2011): Hydroxylation of 5-methylcytosine by TET1 promotes active DNA demethylation in the adult brain. In: Cell. 145 (3) , 423-34
    4)Tsukada, Y. (2012): Hydroxylation mediates chromatin demethylation. In: J. Biochem.. 151 (3) , 229-246
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