DNA-Methyltransferase 1 (DNMT1) ist eine wichtige DNA-Methyltransferase, die die DNA-Methylierung aufrechterhält. Die Retention von DNMT1 und seinem Cofaktor UHRF1 im Zytoplasma gilt als Hauptgrund für die passive DNA-Demethylierung in der Eizelle und der frühen Embryonalentwicklung.
Die Mechanismen, durch die DNMT1, UHRF1 und andere Proteine reguliert werden und welche Rolle sie im Prozess der Neuprogrammierung der DNA-Methylierung spielen, sind jedoch noch nicht geklärt.
Eine neue Studie der Forschungsgruppe um Prof. Zhu Bing am Institut für Biophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ergeben, dass der mütterliche Faktor Pramel15 bei Mäusen den Abbau von DNMT1 im zygotischen Zellkern vermitteln und so die Häufigkeit des DNMT1-Proteins im Zellkern feinabstimmen kann.
Diese Studie enthüllt zum ersten Mal die Existenz eines proteasomabhängigen Regulationsmechanismus für DNMT1 im frühen Embryonalkern, der bei der DNA-Demethylierung der Zygote nach der Befruchtung hilft. Die Forschung ist veröffentlicht im Journal Naturkommunikation.
In einer früheren Studie haben Forscher in der cDNA-Bibliothek von Maus-Oozyten ein neues regulatorisches Gen für die DNA-Methylierung, Pramel15, identifiziert. Eine Überexpression von Pramel15 in somatischen Zellen stört die Aufrechterhaltung der DNA-Methylierung während der DNA-Replikation, indem sie DNMT1 abbaut.
Weitere Studien an HEK293 und embryonalen Stammzellen von Mäusen zeigten, dass Pramel15 als Substraterkennungsuntereinheit im Cullin5 E3-Ubiquitinligase-Komplex fungiert und den Abbau von DNMT1 über den Ubiquitin-Proteasom-Weg fördert.
Durch die Konstruktion von Pramel15-Knockout-Mäusen fanden die Forscher heraus, dass es in befruchteten Eiern einen wichtigen proteasomalen Abbauweg für DNMT1 gibt, der durch Pramel15 vermittelt wird. Die Gesamtgenom-DNA-Methylierungssequenzierung (WGBS) von Eizellen, befruchteten Eiern und zweizelligen Embryonen zeigte, dass das Fehlen von Pramel15 zu einem zufälligen Anstieg der DNA-Methylierung im gesamten Genom führt.
Dies deutet darauf hin, dass während der frühen Embryonalentwicklung neben dem Transport von DNMT1 und UHRF1 und ihrer Beschränkung auf das Zytoplasma auch ein Pramel15-vermittelter Regulationsmechanismus existiert, der die DNMT1-Werte im Zellkern kontrolliert und die Effizienz der Neuprogrammierung der DNA-Methylierung moduliert.
Die Forschung zeigt, dass Pramel15 die DNMT1-Werte im Zellkern während der DNA-Replikation in befruchteten Eizellen regulieren und so die Neuprogrammierung der DNA-Methylierung in frühen Embryonen unterstützen kann.
Dieser Befund spiegelt die Komplexität der Regulationsmechanismen der DNA-Methylierungs-Umprogrammierung in frühen Embryonen wider und bietet Erkenntnisse zur Verbesserung der Effizienz der induzierten Zell-Umprogrammierung.
Weitere Informationen:
Jiajun Tan et al, Pramel15 erleichtert den zygotischen nukleären DNMT1-Abbau und die DNA-Demethylierung, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51614-0