Damメチラーゼのソースを表示

{{Infobox enzyme
| Name = Site-specific DNA-methyltransferase (adenine-specific)
| EC_number = 2.1.1.72
| CAS_number = 69553-52-2
| IUBMB_EC_number = 2/1/1/72
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'''Damメチラーゼ'''（{{Lang-en-short|Dam methylase}}）または'''Damメチル化酵素'''は、5'-GATC-3'の[[デオキシリボ核酸|DNA]]配列中の[[アデニン]]塩基に[[メチル基]]を付加する、[[DNAメチル化酵素]]の一種である（{{EC number|2.1.1.72}}）<ref name="pmid4576399">{{cite journal|date=June 1973|title=Isolation of deoxyribonucleic acid methylase mutants of Escherichia coli K-12|journal=Journal of Bacteriology|volume=114|issue=3|pages=1143-1150|doi=10.1128/JB.114.3.1143-1150.1973|pmid=4576399|pmc=285375|vauthors=Marinus MG, Morris NR}}</ref><ref name="pmid368070">{{cite journal|date=February 1979|title=Recognition sequence of the dam methylase of Escherichia coli K12 and mode of cleavage of Dpn I endonuclease|journal=The Journal of Biological Chemistry|volume=254|issue=4|pages=1408-1413|pmid=368070|vauthors=Geier GE, Modrich P}}</ref>。

大腸菌K-12株から見いだされ、元々はDNAアデニンメチル化（DNA adenine methylation; Dam）を担う遺伝子だということから''Dam''遺伝子と名付けられた<ref>{{Cite journal|last=Marinus|first=M. G.|last2=Morris|first2=N. Ronald|date=1973-06|title=Isolation of Deoxyribonucleic Acid Methylase Mutants of Escherichia coli K-12|url=https://journals.asm.org/doi/10.1128/jb.114.3.1143-1150.1973|journal=Journal of Bacteriology|volume=114|issue=3|pages=1143-1150|language=en|doi=10.1128/jb.114.3.1143-1150.1973|issn=0021-9193}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Marinus|first=M. G.|date=1973-03|title=Location of DNA methylation genes on the Escherichia coli K-12 genetic map|url=https://doi.org/10.1007/bf00267782|journal=Molecular and General Genetics MGG|volume=127|issue=1|pages=47-55|doi=10.1007/bf00267782|issn=0026-8925}}</ref>。ただしその後、DNAアデニントランスフェラーゼ（{{Lang-en-short|DNA adenine methyltransferase}}）の頭文字としてDamの名称が利用される論文も出版され<ref>{{Cite journal|last=Capaldo|first=Florence N.|last2=Barbour|first2=Stephen D.|date=1975-01|title=DNA content, synthesis and integrity in dividing and non-dividing cells of rec− strains of Escherichia coli K12|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/002228367590371X|journal=Journal of Molecular Biology|volume=91|issue=1|pages=53-66|language=en|doi=10.1016/0022-2836(75)90371-X}}</ref>、現在ではこちらの説明が論文等でよく記述されている<ref>{{Cite journal|last=Marinus|first=M. G.|last2=Løbner-Olesen|first2=A.|editor-last=Lovett|editor-first=Susan T.|date=2009-02-13|title=DNA Methylation|url=https://journals.asm.org/doi/10.1128/ecosalplus.4.4.5|journal=EcoSal Plus|volume=3|issue=2|pages=ecosalplus.4.4.5|language=en|doi=10.1128/ecosalplus.4.4.5|issn=2324-6200|pmid=26442938|pmc=4231299}}</ref>。

アデニンをメチル化する数多くのメチル化酵素としては、Dam以外にも様々な[[原核生物]]や[[バクテリオファージ]]から発見されている<ref name=":6">{{cite web|url=http://rebase.neb.com/rebase/rebase.html|title=The Restriction Enzyme Database|website=REBASE|access-date=22 Feb 2020|veditors=Roberts RJ, Macelis D}}</ref>。

Damメチラーゼは[[制限修飾系]]の一部を構成しないオーファンメチルトランスフェラーゼ（orphan methyltransferase）であり、[[遺伝子発現]]を調節する<ref name=":2">{{cite journal|date=December 2013|title=Bacteriophage orphan DNA methyltransferases: insights from their bacterial origin, function, and occurrence|journal=Applied and Environmental Microbiology|volume=79|issue=24|pages=7547-7555|doi=10.1128/aem.02229-13|pmid=24123737|pmc=3837797|vauthors=Murphy J, Mahony J, Ainsworth S, Nauta A, van Sinderen D}}</ref><ref name=":2" /><ref name=":3">{{cite journal|date=August 1990|title=Specificity of restriction endonucleases and DNA modification methyltransferases a review (Edition 3)|journal=Gene|volume=92|issue=1-2|pages=1-240|doi=10.1016/0378-1119(90)90486-B|pmid=2172084|vauthors=Kessler C, Manta V}}</ref><ref name=":4">{{cite journal|date=April 1990|title=Restriction enzymes and their isoschizomers|journal=Nucleic Acids Research|volume=18 Suppl|pages=2331-2365|doi=10.1093/nar/18.suppl.2331|pmid=2159140|pmc=331877|vauthors=Roberts RJ}}</ref><ref name=":5">{{cite journal|date=1981|title=Structure and mechanism of multifunctional restriction endonucleases|journal=Annual Review of Biochemistry|volume=50|pages=285-319|doi=10.1146/annurev.bi.50.070181.001441|pmid=6267988|vauthors=Yuan R}}</ref>。この酵素は次の化学反応を触媒する。

: [[S-アデノシルメチオニン|''S''-アデノシル-<small>L</small>-メチオニン]] + DNA アデニン <math>\rightleftharpoons</math> [[S-アデノシル-L-ホモシステイン|''S''-アデノシル-<small>L</small>-ホモシステイン]] + DNA 6-メチルアミノプリン

大腸菌由来のDamメチラーゼは、[[クロマチン]]プロファイリング技術である{{仮リンク|DamID|en|DNA adenine methyltransferase identification|label=}}で広く利用されている。Damを目的のDNA結合タンパク質と融合させて[[モデル生物]]で[[トランスジーン]]として発現させることで、目的タンパク質の結合部位を同定することができる<ref name=":7">{{cite journal|date=January 2016|title=Dam it's good! DamID profiling of protein-DNA interactions|journal=Wiley Interdisciplinary Reviews. Developmental Biology|volume=5|issue=1|pages=25-37|doi=10.1002/wdev.205|pmid=26383089|pmc=4737221|vauthors=Aughey GN, Southall TD}}</ref>。[[File:Hemimethylation.svg|thumb|300px|複製後、DamメチラーゼはGATC部位のアデニンをメチル化する。]]

== DNAミスマッチ修復における役割 ==

DNA合成時の[[DNAポリメラーゼ]]のエラーによってミスマッチ塩基対や小さな挿入・欠失が生じた際には、細胞は[[DNAミスマッチ修復|ミスマッチ修復]]と呼ばれる経路で[[DNA修復]]を行う。この際に、細胞は鋳型鎖と新生鎖を見分けなければならない。一部の[[細菌]]ではDNAはDamメチラーゼによってメチル化されているため、複製直後はDNAはヘミメチル化（半メチル化）状態となっている<ref name="Barras">{{cite journal|year=1989|title=The great GATC: DNA methylation in E. coli|journal=Trends in Genetics|volume=5|issue=5|pages=139-143|doi=10.1016/0168-9525(89)90054-1|pmid=2667217|vauthors=Barras F, Marinus MG}}</ref>。修復酵素MutSはDNAのミスマッチ部位に結合してMutLをリクルートし、その後MutLは[[エンドヌクレアーゼ]]MutHを活性化する。MutHはヘミメチル化GATC部位に結合してメチル化されていない娘鎖を選択的に切断し、[[ヘリカーゼ]]と[[エキソヌクレアーゼ]]によるミスマッチ周辺領域の除去を可能にする<ref name="Barras"/><ref name=":8">{{cite journal|date=April 2005|title=Dam methylation: coordinating cellular processes|journal=Current Opinion in Microbiology|volume=8|issue=2|pages=154-160|doi=10.1016/j.mib.2005.02.009|pmid=15802246|vauthors=Løbner-Olesen A, Skovgaard O, Marinus MG}}</ref>。除去部は{{仮リンク|DNAポリメラーゼIII|en|DNA polymerase III holoenzyme|label=}}によって再合成される。

== 複製の調節における役割 ==

細菌細胞での[[複製起点]]（''oriC''）の発火は、DNA複製が各細胞分裂の間に1回だけ行われるよう保証する機構によって高度に制御されている。その機構の一部は、''oriC''の反復配列に結合して複製を開始するタンパク質である[[DnaA]]のゆっくりとした[[アデノシン三リン酸|ATP]]の[[加水分解]]によって説明される。大腸菌の''oriC''には5'-GATC-3'配列が含まれるため、Damメチラーゼもこの過程に関与している。DNA複製の直後、''oriC''はヘミメチル化状態となり、しばらくの間隔離される。再びDNA複製が起こるためには、''oriC''はこの過程を経た後にDamメチラーゼによって完全にメチル化されなければならない<ref>{{Cite journal|last=Marinus|first=Martin G.|last2=Casadesus|first2=Josep|date=2009-05|title=Roles of DNA adenine methylation in host-pathogen interactions: mismatch repair, transcriptional regulation, and more|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19175412|journal=FEMS microbiology reviews|volume=33|issue=3|pages=488-503|doi=10.1111/j.1574-6976.2008.00159.x|issn=1574-6976|pmid=19175412|pmc=2941194}}</ref>。

==遺伝子発現の調節における役割==

DamはRNAの転写の促進と抑制にも関与している。大腸菌では、下流のGATC配列がメチル化されている場合、転写は促進される。例えば、尿路病原性大腸菌のP[[線毛]]（pyelonephritis-associated pili、PAP線毛、[[腎盂腎炎]]関連線毛）の[[相変異 (細菌)|相変異]]は、PAP[[プロモーター]]の近位と遠位の2か所のGATC部位のDamによるメチル化によって制御されている<ref name=":9">{{cite journal|date=September 2006|title=Epigenetic gene regulation in the bacterial world|journal=Microbiology and Molecular Biology Reviews|volume=70|issue=3|pages=830-856|doi=10.1128/MMBR.00016-06|pmid=16959970|pmc=1594586|vauthors=Casadesús J, Low D}}</ref>。

大腸菌ではDamメチラーゼはタンパク質の調節の役割を果たしていており、Damメチラーゼの遺伝子は非必須遺伝子で、遺伝子をノックアウトしても細菌は生存する<ref name=":10">{{cite journal|date=February 1979|title=Characterization of DNA adenine methylation mutants of Escherichia coli K12|journal=Mutation Research|volume=59|issue=2|pages=157-165|doi=10.1016/0027-5107(79)90153-2|pmid=375073|vauthors=Bale A, d'Alarcao M, Marinus MG}}</ref>。''dam''遺伝子をノックアウトしても生存が維持されることは、[[サルモネラ]]や''[[アグリゲイティバクター・アクチノミセテムコミタンス|Aggregatibacter actinomycetemcomitans]]''でも観察されている<ref name=":11">{{cite journal|date=February 2000|title=DNA methylation-dependent regulation of pef expression in Salmonella typhimurium|journal=Molecular Microbiology|volume=35|issue=4|pages=728-742|doi=10.1046/j.1365-2958.2000.01743.x|pmid=10692151|vauthors=Nicholson B, Low D|doi-access=free}}</ref><ref name=":0">{{cite journal|date=August 2006|title=Inactivation of DNA adenine methyltransferase alters virulence factors in Actinobacillus actinomycetemcomitans|journal=Oral Microbiology and Immunology|volume=21|issue=4|pages=238-244|doi=10.1111/j.1399-302x.2006.00284.x|pmid=16842508|vauthors=Wu H, Lippmann JE, Oza JP, Zeng M, Fives-Taylor P, Reich NO}}</ref>。一方で[[コレラ菌]]''Vibrio cholerae''や[[仮性結核菌]]''Yersinia pseudotuberculosis''などの生物では、''dam''遺伝子は生存に必須である<ref name="Julio 7610-7615">{{cite journal|date=December 2001|title=DNA adenine methylase is essential for viability and plays a role in the pathogenesis of Yersinia pseudotuberculosis and Vibrio cholerae|journal=Infection and Immunity|volume=69|issue=12|pages=7610-7615|doi=10.1128/iai.69.12.7610-7615.2001|pmid=11705940|pmc=98854|vauthors=Julio SM, Heithoff DM, Provenzano D, Klose KE, Sinsheimer RL, Low DA, Mahan MJ}}</ref>。''Aggregatibacter actinomycetemcomitans''での''dam''遺伝子のノックアウトはタンパク質ロイコトキシン（leukotoxin）レベルの調節異常と、口腔上皮細胞への侵入能力の低下をもたらす<ref name=":0" />。さらに、歯周病原因菌である''[[Streptococcus mutans]]''でのDamメチラーゼ欠損の研究からは、齲蝕原性を有するものを含む、103の遺伝子に調節異常がみられることが明らかにされた<ref name="Julio 7610-7615" />。

== 構造的特徴 ==
メチルトランスフェラーゼまたはメチラーゼは、9つのモチーフと標的認識ドメイン（TRD）の並び順に基づいて3つのグループ（α、β、γ）へと分類される<ref name=":1">{{cite journal|date=November 1995|title=Structure-guided analysis reveals nine sequence motifs conserved among DNA amino-methyltransferases, and suggests a catalytic mechanism for these enzymes|journal=Journal of Molecular Biology|volume=253|issue=4|pages=618-632|doi=10.1006/jmbi.1995.0577|pmid=7473738|vauthors=Malone T, Blumenthal RM, Cheng X}}</ref>。モチーフIはGly-X-Glyトリペプチドを含むためGループとも呼ばれ、[[補因子]][[S-アデノシルメチオニン|''S''-アデノシルメチオニン]]（SAM）の結合に関与することが示唆されている<ref name=":12">{{cite journal|date=March 1995|title=Universal catalytic domain structure of AdoMet-dependent methyltransferases|journal=Journal of Molecular Biology|volume=247|issue=1|pages=16-20|doi=10.1006/jmbi.1994.0117|pmid=7897657|vauthors=Schluckebier G, O'Gara M, Saenger W, Cheng X}}</ref>。モチーフIIはN4、N6-アデニンメチルトランスフェラーゼで高度に保存されており、β2ストランドの最後の残基は負に帯電したアミノ酸で疎水的側鎖がそれに続き、SAMに結合する<ref name=":1" />。モチーフIIIもSAMの結合への関与が示唆されている。モチーフIVは特に重要であり、メチラーゼの特徴付けに関して良く知られている。2つ並んだプロリンを含み、N6-アデニンメチルトランスフェラーゼではDPPYモチーフとして高度に保存されているが、N4-アデニン、C5-シトシンメチルトランスフェラーゼでは変化がある。DPPYモチーフはSAMの結合に必要不可欠であることが知られている<ref name=":13">{{cite journal|date=July 1993|title=Conserved sequence motif DPPY in region IV of the phage T4 Dam DNA-[N-adenine]-methyltransferase is important for S-adenosyl-L-methionine binding|journal=Nucleic Acids Research|volume=21|issue=15|pages=3563-3566|doi=10.1093/nar/21.15.3563|pmid=16617501|pmc=331459|vauthors=Kossykh VG, Schlagman SL, Hattman S}}</ref>。モチーフIVからVIIIは触媒活性に関与するが、モチーフIからIII、Xは補因子の結合に関与する。N6-アデニンメチルトランスフェラーゼの場合、これらのモチーフの並び順はN末端 - X - I - II - III - TRD - IV - V - VI - VII - VIII - C末端であり、大腸菌のDamメチラーゼもこの順序に従う<ref name=":1"/>。2015年の結晶学的実験からは大腸菌のDamメチラーゼが非GATC配列にも結合することが示され、メチル化非依存的に転写[[リプレッサー]]として機能している可能性が示唆されている<ref name=":14">{{cite journal|date=April 2015|title=Structures of Escherichia coli DNA adenine methyltransferase (Dam) in complex with a non-GATC sequence: potential implications for methylation-independent transcriptional repression|journal=Nucleic Acids Research|volume=43|issue=8|pages=4296-4308|doi=10.1093/nar/gkv251|pmid=25845600|pmc=4417163|vauthors=Horton JR, Zhang X, Blumenthal RM, Cheng X}}</ref>。[[File:Dam_Methylase.png|thumb|right|大腸菌Damメチラーゼが二本鎖DNAと阻害剤シネフンギン（sinefungin）に結合した構造。修飾されるアデニンは、二重らせんから酵素の方へフリップアウトした青い棒で示されている。]]

== オーファンメチルトランスフェラーゼ ==
Damメチラーゼはオーファンメチルトランスフェラーゼであり制限修飾系の一部を構成しないが、独立して遺伝子発現、ミスマッチ修復、細菌の複製など多くの機能を調節する。これはオーファンメチルトランスフェラーゼの唯一の例ではなく、''[[:en:Caulobacter crescentus|Caulobacter crescentus]]''や他の関連生物種において5'-GANTC-3'ヘミメチル化DNAをメチル化することで生活環を制御する[[CcrM]]などが存在する<ref name=":15">{{cite journal|date=January 1994|title=A Caulobacter DNA methyltransferase that functions only in the predivisional cell|journal=Journal of Molecular Biology|volume=235|issue=2|pages=472-485|doi=10.1006/jmbi.1994.1007|pmid=8289276|vauthors=Zweiger G, Marczynski G, Shapiro L}}</ref>。

細菌に存在するものとは別に、[[ファージ]]にもオーファンメチルトランスフェラーゼは存在し、例えば大腸菌に感染するT2やT4、他のT偶数型バクテリオファージのものが挙げられる<ref name=":2" />。大腸菌とT4のDamメチラーゼには塩基配列の相同性は全くみられないにもかかわらず、アミノ酸配列では11-33残基長の4つの領域で最大64%の同一性がみられ、細菌とファージのメチラーゼ遺伝子は共通の進化的祖先を持つことが示唆されている<ref name=":16">{{cite journal|date=November 1985|title=Common evolutionary origin of the phage T4 dam and host Escherichia coli dam DNA-adenine methyltransferase genes|journal=Journal of Bacteriology|volume=164|issue=2|pages=932-937|doi=10.1128/JB.164.2.932-937.1985|pmid=3902803|pmc=214344|vauthors=Hattman S, Wilkinson J, Swinton D, Schlagman S, Macdonald PM, Mosig G}}</ref>。T2とT4のメチラーゼは[[5-ヒドロキシメチルシトシン]]をメチル化するだけでなく、非典型的DNA部位のメチル化も行う点で、Damメチラーゼとは異なる特徴を持つ。このようなファージが持つオーファンメチルトランスフェラーゼは、''in vitroによる特性解析が''広く行われているが、生物学的意義については未だ明らかになっていない<ref name=":2" />。

== 出典 ==
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
* [[DNAメチルトランスフェラーゼ]]
* [[DNAメチル化]]
* [[DNA複製]]

== 外部リンク ==
* http://fangman-brewer.genetics.washington.edu/hemimethylation.html

{{DEFAULTSORT:DNAあてにんめちるとらんすふえらあせ}}
[[Category:EC 2.1.1]]