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选择性化学追踪活细胞中的 Dnmt1 催化活性。

Selective chemical tracking of Dnmt1 catalytic activity in live cells.

机构信息

Institute of Biotechnology, Life Sciences Center, Vilnius University, Vilnius 10257, Lithuania.

Institute of Biotechnology, Life Sciences Center, Vilnius University, Vilnius 10257, Lithuania; Institute of Chemistry, Faculty of Chemistry and Geosciences, Vilnius University, Vilnius 03225, Lithuania.

出版信息

Mol Cell. 2022 Mar 3;82(5):1053-1065.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2022.02.008.

DOI:10.1016/j.molcel.2022.02.008
PMID:35245449
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8901439/
Abstract

Enzymatic methylation of cytosine to 5-methylcytosine in DNA is a fundamental epigenetic mechanism involved in mammalian development and disease. DNA methylation is brought about by collective action of three AdoMet-dependent DNA methyltransferases, whose catalytic interactions and temporal interplay are poorly understood. We used structure-guided engineering of the Dnmt1 methyltransferase to enable catalytic transfer of azide tags onto DNA from a synthetic cofactor analog, Ado-6-azide, in vitro. We then CRISPR-edited the Dnmt1 locus in mouse embryonic stem cells to install the engineered codon, which, following pulse internalization of the Ado-6-azide cofactor by electroporation, permitted selective azide tagging of Dnmt1-specific genomic targets in cellulo. The deposited covalent tags were exploited as "click" handles for reading adjoining sequences and precise genomic mapping of the methylation sites. The proposed approach, Dnmt-TOP-seq, enables high-resolution temporal tracking of the Dnmt1 catalysis in mammalian cells, paving the way to selective studies of other methylation pathways in eukaryotic systems.

摘要

DNA 中胞嘧啶的酶促甲基化形成 5-甲基胞嘧啶是涉及哺乳动物发育和疾病的基本表观遗传机制。DNA 甲基化是由三种依赖 AdoMet 的 DNA 甲基转移酶的集体作用引起的,其催化相互作用和时间相互作用知之甚少。我们使用 Dnmt1 甲基转移酶的结构指导工程,使在体外从合成辅因子类似物 Ado-6-叠氮化物上将叠氮化物标签催化转移到 DNA 上。然后,我们通过 CRISPR 在小鼠胚胎干细胞中编辑 Dnmt1 基因座,以安装经过工程改造的密码子,该密码子在通过电穿孔内化 Ado-6-叠氮化物辅因子后,允许在细胞内选择性地对 Dnmt1 特异性基因组靶标进行叠氮标记。所沉积的共价标记被用作“点击”处理,用于读取毗邻的序列和精确的甲基化位点的基因组图谱。所提出的方法 Dnmt-TOP-seq 能够在哺乳动物细胞中对 Dnmt1 催化进行高分辨率的时间跟踪,为在真核系统中选择性地研究其他甲基化途径铺平了道路。

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