ヒトYTHDC1のYTHドメインがDNA中のメチル化アデニンと結合する生化学的・構造的基盤

Biochemical and structural basis for YTH domain of human YTHDC1 binding to methylated adenine in DNA.

• Clayton B Woodcock
• John R Horton
• Jujun Zhou
• Mark T Bedford
• Robert M Blumenthal
• Xing Zhang
• Xiaodong Cheng

抄録

最近特徴づけられた哺乳類のDNA N6-メチルアデニン(N6mA)メチルマークのライター(メチル転移酵素)とイレイザー(デメチラーゼ)は、一本鎖(ss)および一過性に不対化されたDNAに作用することが知られている。哺乳類細胞ではYTHドメイン含有タンパク質がN6mA含有RNAと結合することから、哺乳類YTHドメインがN6mA DNAのメチルマークリーダーでもあるかどうかを調べた。ここでは、YTHDC1のYTHドメイン（核内に局在することが知られている）がN6mAを含むssDNAを10nMの解離定数で結合することを示している。この結合は、同じ条件下で試験されたRNAコンテキストよりも5倍強い。しかしながら、ＹＴＨＤＦ２およびＹＴＨＤＦ１のＹＴＨドメイン（主に細胞質）は、対応するＤＮＡよりもＮ６ｍＡを含むｓｓＲＮＡへの結合が約１．また、N6mAを含むssDNAとの複合体におけるYTHDC1のYTHドメインの2つの構造を決定し、YTHDC1が二重鎖DNAに挟まれた一本鎖領域でメチル化アデニンと結合することを明らかにした。本研究では、N6mA含有ssDNAのライター・リーダー・ドライヤーがゲノムの安定性維持に関与しているという仮説について議論する。また、YTHドメインとSRAドメイン（後者はDNA 5-メチルシトシンリーダー）の構造比較を行ったところ、YTHドメインとSRAドメインは、より大きなDNA/RNA修飾リーダーファミリーの多様なメンバーであり、細菌の修飾依存性制限酵素に由来していることが明らかになった。

The recently characterized mammalian writer (methyltransferase) and eraser (demethylase) of the DNA N6-methyladenine (N6mA) methyl mark act on single-stranded (ss) and transiently-unpaired DNA. As YTH domain-containing proteins bind N6mA-containing RNA in mammalian cells, we investigated whether mammalian YTH domains are also methyl mark readers of N6mA DNA. Here, we show that the YTH domain of YTHDC1 (known to localize in the nucleus) binds ssDNA containing N6mA, with a 10 nM dissociation constant. This binding is stronger by a factor of 5 than in an RNA context, tested under the same conditions. However, the YTH domains of YTHDF2 and YTHDF1 (predominantly cytoplasmic) exhibited the opposite effect with ∼1.5-2× stronger binding to ssRNA containing N6mA than to the corresponding DNA. We determined two structures of the YTH domain of YTHDC1 in complex with N6mA-containing ssDNA, which illustrated that YTHDC1 binds the methylated adenine in a single-stranded region flanked by duplexed DNA. We discuss the hypothesis that the writer-reader-eraser of N6mA-containining ssDNA is associated with maintaining genome stability. Structural comparison of YTH and SRA domains (the latter a DNA 5-methylcytosine reader) revealed them to be diverse members of a larger family of DNA/RNA modification readers, apparently having originated from bacterial modification-dependent restriction enzymes.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.