Системы рестрикции-модификации со специфичностями GGATC, GATGC и GATGG. Часть 1. Эволюция и экология

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследована эволюция систем рестрикции-модификации, белки которых содержат эндонуклеазный домен семейства RE_AlwI и либо две ДНК-метилтрансферазы, каждая с доменом семейства MethyltransfD12, либо одну ДНК-метилтрансферазу с двумя доменами этого семейства. Все такие системы узнают одну из трёх последовательностей ДНК, а именно GGATC, GATGC или GATGG, а эндонуклеазы рестрикции этих систем разделяются по сходству полных последовательностей на три клады, однозначно соответствующие специфичностям. ДНК-метилтрансферазные домены этих систем по сходству последовательностей делятся на две группы, причём два домена каждой системы относятся к разным группам, а в пределах каждой группы домены разделяются на три клады, соответствующие специфичности. Обнаружены признаки множественных межвидовых горизонтальных переносов систем в целом, а также свидетельства переноса генов между системами, в том числе переноса одной из ДНК-метилтрансфераз с изменением специфичности. Выявлены эволюционные связи ДНК-метилтрансфераз из таких систем с другими, в том числе одиночными, ДНК-метилтрансферазами.

Об авторах

С. А. Спирин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; НИУ «Высшая школа экономики»; НИЦ «Курчатовский институт» – НИИСИ

Email: sas@belozersky.msu.ru
119234 Москва, Россия; 109028 Москва, Россия; 117218 Москва, Россия

И. С. Русинов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

119234 Москва, Россия

О. Л. Макарикова

НИУ «Московский физико-технический институт»

117303 Москва, Россия

А. В. Алексеевский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; НИЦ «Курчатовский институт» – НИИСИ

119234 Москва, Россия; 117218 Москва, Россия

А. С. Карягина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава России; ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии

119234 Москва, Россия; 123098 Москва, Россия; 127550 Москва, Россия

Список литературы

  1. Williams, R. J. (2003) Restriction endonucleases: classification, properties, and applications,Mol. Biotechnol.,23, 225-244,https://doi.org/10.1385/mb:23:3:225.
  2. Roberts, R. J. (2003) A nomenclature for restriction enzymes, DNA methyltransferases, homing endonucleases and their genes,Nucleic Acids Res.,31, 1805-1812,https://doi.org/10.1093/nar/gkg274.
  3. Madhusoodanan, U. K., and Rao, D. N. (2010) Diversity of DNA methyltransferases that recognize asymmetric target sequences,Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol.,45, 125-145,https://doi.org/10.3109/10409231003628007.
  4. Vasu, K., and Nagaraja, V. (2013) Diverse functions of restriction-modification systems in addition to cellular defense,Microbiol. Mol. Biol. Rev.,77, 53-72,https://doi.org/10.1128/mmbr.00044-12.
  5. Fokina, A. S., Karyagina, A. S., Rusinov, I. S., Moshensky, D. M., Spirin, S. A., and Alexeevski, A. V. (2023) Evolution of restriction–modification systems consisting of one restriction endonuclease and two DNA methyltransferases,Biochemistry (Moscow),88, 253-261,https://doi.org/10.1134/S0006297923020086.
  6. Mistry, J., Chuguransky, S., Williams, L., Qureshi, M., Salazar, G. A., Sonnhammer, E. L. L., Tosatto, S. C. E.,Paladin, L., Raj, S., Richardson, L. J., Finn, R. D., and Bateman, A. (2020) Pfam: the protein families database in 2021,Nucleic Acids Res.,49, D412-D419,https://doi.org/10.1093/nar/gkaa913.
  7. Roberts, R. J., Vincze, T., Posfai, J., and Macelis, D. (2014) REBASE – a database for DNA restriction and modification: enzymes, genes and genomes,Nucleic Acids Res.,43, D298-D299,https://doi.org/10.1093/nar/ gku1046.
  8. Edgar, R.C. (2004) MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput,Nucleic Acids Res.,32, 1792-1797,https://doi.org/10.1093/nar/gkh340.
  9. Lefort, V., Desper, R., and Gascuel, O. (2015) FastME 2.0: A comprehensive, accurate, and fast distance-based phylogeny inference program,Mol. Biol. Evol.,32, 2798-2800,https://doi.org/10.1093/molbev/msv150.
  10. Kumar, S., Stecher, G., and Tamura, K. (2016) MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets,Mol. Biol. Evol., 33, 1870-1874, doi: 10.1093/molbev/msw054.
  11. Letunic, I., and Bork, P. (2021) Interactive tree of life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation,Nucleic Acids Res.,49, W293-W296,https://doi.org/10.1093/nar/gkab301.
  12. Li, W., and Godzik, A. (2006) Cd-hit: a fast program for clustering and comparing large sets of protein or nucleotide sequences,Bioinformatics,22, 1658-1659,https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btl158.
  13. Burge, C., Campbell, A. M., and Karlin, S. (1992) Over- and under-representation of short oligonucleotides in DNA sequences,Proc. Natl. Acad. Sci. USA,89, 1358-1362,https://doi.org/10.1073/pnas.89.4.1358.
  14. Rusinov, I. S., Ershova, A. S., Karyagina, A. S., Spirin, S. A., and Alexeevski, A. V. (2018) Comparison of methods of detection of exceptional sequences in prokaryotic genomes,Biochemistry (Moscow),83, 129-139,https://doi.org/10.1134/S0006297918020050.
  15. Karlin, S., Burge, C., and Campbell, A. M. (1992) Statistical analyses of counts and distributions of restriction sites in DNA sequences,Nucleic Acids Res.,20, 1363-1370,https://doi.org/10.1093/nar/20.6.1363.
  16. Rusinov, I., Ershova, A., Karyagina, A., Spirin, S., and Alexeevski, A. (2015) Lifespan of restriction-modification systems critically affects avoidance of their recognition sites in host genomes,BMC Genomics,16, 1-15,https://doi.org/10.1186/s12864-015-2288-4.
  17. Brézellec, P., Hoebeke, M., Hiet, M. S., Pasek, S., and Ferat, J. L. (2006) DomainSieve: a protein domain-based screen that led to the identification of dam-associated genes with potential link to DNA maintenance,Bioinformatics,22, 1935-1941,https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btl336.
  18. Murray, N. E. (2002) 2001 Fred Griffith review lecture. Immigration control of DNA in bacteria: self versus non-self,Microbiology,148, 3-20,https://doi.org/10.1099/00221287-148-1-3.
  19. Friedrich, T., Fatemi, M., Gowhar, H., Leismann, O., and Jeltsch, A. (2000) Specificity of DNA binding and methylation by the M.FokI DNA methyltransferase,Biochim. Biophys. Acta,1480, 145-159,https://doi.org/10.1016/s0167-4838(00)00065-0.
  20. Horton, J. R., Liebert, K., Bekes, M., Jeltsch, A., and Cheng, X. (2006) Structure and substrate recognition of theEscherichiacoliDNA adenine methyltransferase,J. Mol. Biol.,358, 559-570,https://doi.org/10.1016/j.jmb.2006.02.028.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Supplementary material (online resource 2) to the article "RESTRICTION-MODIFICATION SYSTEMS WITH GGATC, GATGC AND GATGG SPECIFICITIES. PART 1. EVOLUTION AND ECOLOGY"
Скачать (88KB)
Метаданные
3. Supplementary material (online resource 3) to the article "RESTRICTION-MODIFICATION SYSTEMS WITH GGATC, GATGC AND GATGG SPECIFICITIES. PART 1. EVOLUTION AND ECOLOGY"
Скачать (2MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).