Structural basis for DNMT3A-mediated de novo DNA methylation

DNA甲基化 表观遗传学 体育锻炼的表观遗传学 DNA甲基转移酶 生物 RNA导向的DNA甲基化 表观遗传学 甲基转移酶 DNA 甲基化 DNMT1型 遗传学 分子生物学 化学 细胞生物学 基因 基因表达
作者
Zhimin Zhang,Rui Lu,Pengcheng Wang,Yang Yu,Dongliang Chen,Linfeng Gao,Shuo Liu,Debin Ji,Scott B. Rothbart,Yinsheng Wang,Gang Greg Wang,Jikui Song
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:554 (7692): 387-391 被引量:278
标识
DOI:10.1038/nature25477
摘要

DNA methylation by de novo DNA methyltransferases 3A (DNMT3A) and 3B (DNMT3B) at cytosines is essential for genome regulation and development. Dysregulation of this process is implicated in various diseases, notably cancer. However, the mechanisms underlying DNMT3 substrate recognition and enzymatic specificity remain elusive. Here we report a 2.65-ångström crystal structure of the DNMT3A-DNMT3L-DNA complex in which two DNMT3A monomers simultaneously attack two cytosine-phosphate-guanine (CpG) dinucleotides, with the target sites separated by 14 base pairs within the same DNA duplex. The DNMT3A-DNA interaction involves a target recognition domain, a catalytic loop, and DNMT3A homodimeric interface. Arg836 of the target recognition domain makes crucial contacts with CpG, ensuring DNMT3A enzymatic preference towards CpG sites in cells. Haematological cancer-associated somatic mutations of the substrate-binding residues decrease DNMT3A activity, induce CpG hypomethylation, and promote transformation of haematopoietic cells. Together, our study reveals the mechanistic basis for DNMT3A-mediated DNA methylation and establishes its aetiological link to human disease.

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