Naukowcy z kilku polskich ośrodków badawczych rozszyfrowali mechanizmy molekularne stojące za oddziaływaniem analogów cytozyny z enzymami metylującymi DNA. Wyniki ich wieloletnich badań mogą prowadzić do znalezienia nowych sposobów zapobiegania m.in. niektórym chorobom układu krwiotwórczego.
Metylacja DNA dostarcza dodatkową, niezależną od sekwencji DNA warstwę informacji i pamięci (epi)genetycznej. Może „mówić” komórkom, czy dany gen ma być aktywny, czy nie. Nic więc dziwnego, że 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.
Naukowcy z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie, Instytutu Hodowli
i Aklimatyzacji Roślin – Państwowego Instytutu Badawczego w Radzikowie, Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN oraz Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Oksfordzie przyjrzeli się analogom cytozyny w dwuniciowym DNA, a konkretnie ich początkowej interakcji z enzymami metylującymi DNA.
Zajęło nam niemal 10 lat, aby złożyć w całość wszystkie elementy układanki. Użyliśmy prostej prokariotycznej metylotransferazy M.MpeI jako modelu dla znacznie bardziej skomplikowanego ludzkiego enzymu DNMT1. Niektóre z analogów cytozyny (np. 5-azacytydyna i jej pochodna) 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 – wyjaśnia dr hab. Honorata Czapińska z Laboratorium Biologii Strukturalnej MIBMiK.
Wyniki okazały się znacznie ciekawsze niż początkowo zakładano. 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.
W analizie wyników pomocne okazały się rozważania teoretyczne opublikowane na początku tego roku w Structure przez kierownika zespołu prof. Matthiasa Bochtlera. 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.
Jak wskazują badacze, 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. Wyniki najnowszych badań publikuje Nucleic Acids Research.
AST