DNA G-quadruplex structures mold the DNA methylome

DNA甲基化 DNMT1型 CpG站点 甲基化DNA免疫沉淀 DNA甲基转移酶 生物 DNA 甲基化 表观遗传学 甲基转移酶 RNA导向的DNA甲基化 体育锻炼的表观遗传学 遗传学 基因 基因表达
作者
Shi-Qing Mao,Avazeh T. Ghanbarian,Jochen Spiegel,Sergio Martínez Cuesta,Dario Beraldi,Marco Di Antonio,Giovanni Marsico,Robert Hänsel‐Hertsch,David Tannahill,Shankar Balasubramanian
出处
期刊:Nature Structural & Molecular Biology [Nature Portfolio]
卷期号:25 (10): 951-957 被引量:169
标识
DOI:10.1038/s41594-018-0131-8
摘要

Control of DNA methylation level is critical for gene regulation, and the factors that govern hypomethylation at CpG islands (CGIs) are still being uncovered. Here, we provide evidence that G-quadruplex (G4) DNA secondary structures are genomic features that influence methylation at CGIs. We show that the presence of G4 structure is tightly associated with CGI hypomethylation in the human genome. Surprisingly, we find that these G4 sites are enriched for DNA methyltransferase 1 (DNMT1) occupancy, which is consistent with our biophysical observations that DNMT1 exhibits higher binding affinity for G4s as compared to duplex, hemi-methylated, or single-stranded DNA. The biochemical assays also show that the G4 structure itself, rather than sequence, inhibits DNMT1 enzymatic activity. Based on these data, we propose that G4 formation sequesters DNMT1 thereby protecting certain CGIs from methylation and inhibiting local methylation. Biochemical and genome-wide analyses reveal that G4 structures sequester and inhibit the activity of DNMT1, thereby protecting CpG islands from methylation in human cells.
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