Defining the regulation of UHRF1 and DNMT1 for maintenance of the epigenome
定义 UHRF1 和 DNMT1 对表观基因组维护的调控
基本信息
- 批准号:10604368
- 负责人:
- 金额:$ 7.18万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-04-01 至 2024-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAberrant DNA MethylationAntibodiesArchitectureBindingBinding SitesBiochemicalBiochemistryBiological AssayBiologyCCCTC-binding factorCarbonCatalysisCategoriesCell divisionCell physiologyCellsChIP-seqChemicalsChromatinComplexCpG dinucleotideCytosineDNADNA MaintenanceDNA MethylationDNA Modification MethylasesDNA Modification ProcessDNA analysisDNA biosynthesisDNMT3B geneDNMT3aDataDaughterDepositionDevelopmentDisease ProgressionEnsureEnzymesEpigenetic ProcessFailureGene ExpressionGene Expression RegulationGenetic TranscriptionGenomeGenomic ImprintingGoalsHi-CHistone H3HistonesHumanIn VitroIndividualKnowledgeMaintenanceMalignant NeoplasmsMethylationMethyltransferaseModelingModificationMolecularMolecular AbnormalityMutationN-terminalNucleosomesOncogenicOrganismParentsPoint MutationProcessProteinsReagentRecombinantsRegulationRoleSiteSpecificityStructureTailTertiary Protein StructureTestingTranscriptional Silencer ElementsTransgenesUbiquitinUbiquitinationWestern BlottingWorkX Inactivationbiochemical toolsbisulfite sequencingcancer cellcohesindaughter stranddefined contributiondensitydriving forceepigenomeexperimental studyfallsgenomic locusinsightloss of function mutationmethyl groupmethylation patternmutantnovelprogramsrational designrecruittargeted treatmenttherapy designtherapy resistanttooltumorigenesisubiquitin ligaseubiquitin-protein ligase
项目摘要
PROJECT SUMMARY
In multicellular organisms, methylation of DNA on the 5’ carbon of cytosine helps ensure proper gene expression.
Methylation occurs symmetrically on both DNA strands, and the maintenance methyltransferase DNMT1 is
responsible for copying the methylation pattern from the parent strand to the daughter strand during DNA
replication. Maintenance methylation by DNMT1 requires the chromatin-associated ubiquitin ligase UHRF1,
which catalyzes ubiquitination of histone H3 (H3ub). Many questions remain about how the various domain
functions of DNMT1 and UHRF1 are regulated and which are necessary to maintain DNA methylation. The
objective of this proposal is to define the mechanistic relationship between UHRF1, DNMT1, and H3
ubiquitination in the maintenance of DNA methylation. The first aim investigates the hypothesis that ubiquitination
of histone H3 by UHRF1 regulates the catalytic activity of DNMT1 and that maintenance methylation by DNMT1
depends on both UHRF1 ubiquitin ligase-dependent and independent mechanisms. Aim 1 will use in vitro
biochemical assays to characterize point mutations in DNMT1 and UHRF1 that compromise individual domains
of these proteins. Transgenes encoding these mutant enzymes will then be tested in cancer cells using western
blot analysis of H3ub and EPIC array analysis of DNA methylation. These experiments will define the contribution
of individual functions of DNMT1 and UHRF1 to H3 ubiquitination and DNA methylation in vitro and during DNA
maintenance methylation in cancer cells. The second aim tests the hypothesis that allosteric activation of
UHRF1’s ubiquitin ligase activity by hemimethylated DNA (heDNA) operates in cells and regulates genome
architecture in cooperation with CTCF/cohesin. Aim 2 will use UHRF1 mutant transgenes to test whether heDNA
stimulates UHRF1’s enzymatic activity in cancer cells using western blot analysis of H3ub and hairpin bisulfite
sequencing to determine levels of heDNA. The contribution of UHRF1 function to genome architecture through
recently identified stable heDNA at CTCF/cohesin sites will also be defined using CTCF ChIP-seq and Hi-C.
These experiments will determine if heDNA regulates the activity of UHRF1 in cancer cells and test the
contribution of stable heDNA at CTCF/cohesin sites to genome architecture through UHRF1. Misregulation of
DNA methylation is a driving force in many cancers. Thus, insight into how DNA methylation is synthesized and
propagated is central to understanding how cancer begins and progresses. The studies proposed here will
advance our knowledge of the mechanisms involved in methylation maintenance to allow the rational design of
therapies that halt or reverse the formation of oncogenic DNA methylation patterns.
项目摘要
在多细胞生物中,胞嘧啶5'碳上DNA的甲基化有助于确保适当的基因表达。
甲基化在两个DNA链上对称发生,维持甲基转移酶DNMT1 IS
负责在DNA期间将甲基化模式从父链复制到女儿链
复制。 DNMT1维持甲基化需要染色质相关的泛素连接酶UHRF1,
这催化了Hisstone H3(H3UB)的泛素化。关于各个领域的方式仍然存在许多问题
DNMT1和UHRF1的功能受到调节,并且对于维持DNA甲基化是必要的。这
该建议的目的是定义UHRF1,DNMT1和H3之间的机械关系
维持DNA甲基化的泛素化。第一个目的调查了泛素化的假设
UHRF1的组蛋白H3调节DNMT1的催化活性和DNMT1的维持甲基化
取决于UHRF1泛素连接酶依赖性和独立机制。 AIM 1将在体外使用
生化分析以表征DNMT1和UHRF1中损害各个领域的点突变
这些蛋白质。然后,使用西方在癌细胞中测试编码这些突变酶的转基因
H3UB的印迹分析和DNA甲基化的史诗阵列分析。这些实验将定义贡献
DNMT1和UHRF1至H3泛素化和DNA甲基化的单个功能在体外和DNA期间
癌细胞中的维持甲基化。第二个目的检验了以下假设
半甲基化DNA(HEDNA)在细胞中起作用并调节基因组的UHRF1的泛素连接酶活性
与CTCF/粘蛋白合作的建筑。 AIM 2将使用UHRF1突变体翻译来测试HEDNA是否
使用H3ub和Hairpin Bisulfite的Western印迹分析刺激UHRF1在癌细胞中的酶活性
测序以确定HEDNA的水平。 UHRF1功能对基因组架构的贡献
最近还将使用CTCF芯片seq和hi-c来定义最近确定的在CTCF/粘着蛋白位点的稳定HEDNA。
这些实验将确定HEDNA是否调节癌细胞中UHRF1的活性,并测试
通过UHRF1,稳定的HEDNA在CTCF/粘着蛋白位点对基因组结构的贡献。误导
DNA甲基化是许多癌症的驱动力。这是关于如何合成DNA甲基化的洞察力
传播对于了解癌症的开始和进展是至关重要的。这里提出的研究将
促进我们对甲基化维持涉及的机制的了解,以允许合理设计
停止或逆转致癌DNA甲基化模式的疗法。
项目成果
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