DNA 甲基转移酶 3 样蛋白； DNMT3L

DNA 胞嘧啶-5-甲基转移酶 3 样蛋白

HGNC 批准的基因符号：DNMT3L

细胞遗传学位置：21q22.3 基因组坐标（GRCh38）：21:44,246,339-44,261,897（来自 NCBI）

▼ 说明

DNMT3L 是一种无酶活性的调节因子，与 DNA 甲基转移酶 DNMT3A（602769）和 DNMT3B（602900）具有序列同源性。DNMT3L 参与配子发生过程中 DNA 甲基化模式的建立。在哺乳动物中，DNA 甲基化用于逆转录转座子和印记基因的可遗传沉默以及雌性 X 染色体的失活（Ooi 等人总结，2007）。

▼ 克隆与表达

Aapola 等人通过数据库分析，使用基于预测和捕获的外显子序列的特异性引物进行 PCR，并筛选睾丸、胎儿肝脏、胎盘和胸腺 mRNA 和 cDNA 文库（2000）分离出编码 DNMT3L 的 cDNA。序列分析预测，387 个氨基酸的蛋白质包含一个富含半胱氨酸的区域，该区域具有一个新的 ADD（对于 ATRX（300032）、DNMT3 和 DNMT3L）C2-C2 锌指基序，靠近具有 C4-C4 的不完美 PHD 锌指。RT-PCR 分析检测到 DNMT3L 在睾丸中表达最高，其次是卵巢、胸腺和胎儿胸腺。Northern印迹分析未能检测到DNMT3L的表达。

▼ 基因结构

通过基因组序列分析，Aapola 等人（2000）确定 DNMT3L 基因包含 12 个外显子，跨度 16 kb。起始密码子位于外显子 2 中。作者检测到缺少外显子 8 的剪接变体。

▼ 测绘

通过基因组 DNA 序列分析，Aapola 等人（2000）将 DNMT3L 基因定位于染色体 21q22.3，将 24 kb 着丝粒定位于 AIRE 基因（240300），将 5.4 kb 端粒定位于 KIAA0653 基因（B7H2; 605717）。

▼ 基因功能

Ooi 等人使用质谱分析法（2007）鉴定了体内与内源 DNMT3L 基因的表位标记等位基因产物相互作用的主要蛋白质，如 DNMT3A2（602769）、DNMT3B（602900）和 4 个核心组蛋白。肽相互作用测定表明 DNMT3L 与组蛋白 H3 的极端氨基末端特异性相互作用（参见 602810）；这种相互作用受到组蛋白 H3 赖氨酸 4 甲基化的强烈抑制，但对其他位置的修饰不敏感。人 DNMT3L 的晶体学研究表明，该蛋白具有羧基末端甲基转移酶样结构域和 N 末端富含半胱氨酸的结构域。DNMT3L 与组蛋白 H3 尾部的共结晶表明，尾部与 DNMT3L 富含半胱氨酸的结构域结合，并且结合位点中关键残基的取代消除了 H3 尾部与 DNMT3L 的相互作用。奥伊等人（2007）得出结论，DNMT3L 识别赖氨酸 4 处未甲基化的组蛋白 H3 尾部，并通过招募或激活 DNMT3A2 诱导 DNA 从头甲基化。

胡等人（2008）表明，小鼠 Dnmt3l 基因的表达受到 Dnmt3a 和 Dnmt3b 以及自动调节的调节。小鼠中Dnmt3a和Dnmt3b基因的破坏使Dnmt3l启动子缺乏甲基化，导致胚胎干细胞和胚胎中Dnmt3l转录的不完全抑制。此外，在由 Dnmt3b 点突变引起的 ICF 综合征（242860）小鼠模型中，Dnmt3l 甲基化显着降低。

斯莫尔伍德等人（2011）在成熟的小鼠卵母细胞中发现了超过一千个甲基化的 CpG 岛。Dnmt3a -/- 和 Dnmt3l -/- 卵母细胞均表现出全基因组范围内 CpG 甲基化的总体减少，包括重复元件和 CpG 岛，与其基因位置无关。斯莫尔伍德等人（2011）得出结论，DNMT3A 和 DNMT3L 在基因组印记之外的 CpG 岛甲基化中具有全基因组作用。

▼ 生化特征

晶体结构

贾等人（2007）利用晶体学表明人DNMT3L的C端结构域与DNMT3A的催化结构域相互作用，证明DNMT3L具有结合未甲基化组蛋白尾部和激活DNA甲基转移酶的双重功能。DNMT3A 和 DNMT3L 的复杂 C 端结构域通过 DNMT3A-DNMT3A 相互作用显示出进一步二聚化，形成具有 2 个活性位点的四聚体复合物。DNMT3A-DNMT3L 界面或 DNMT3A-DNMT3A 界面处关键非催化残基的取代消除了酶活性。DNA-DNMT3A 二聚体的分子模型表明，2 个活性位点间隔约 1 个 DNA 螺旋圈。DNMT3A 的 C 端结构域在 DNA 上寡聚，形成核蛋白丝。DNMT3A 在长 DNA 上的活性的周期性揭示了距离 8 至 10 个碱基对的甲基化 CpG 位点的相关性，表明寡聚化导致 DNMT3A 以周期性模式甲基化 DNA。12 个母系印记小鼠基因的差异甲基化区域中的 CpG 位点频率也观察到类似的周期性。贾等人（2007）得出的结论是，他们的结果为印记基因中差异甲基化区域的识别和甲基化奠定了基础，涉及核小体修饰和 CpG 间距的检测。

▼ 分子遗传学

埃尔-马里等人（2009）在 192 名健康男性和女性中检测到 5 个 DNMT 家族基因（包括 DNMT3L）中的 111 个多态性。通过差异甲基化杂交研究了导致氨基酸变化的多态性，以了解整体 DNA 甲基化的变化。DNMT3L 基因外显子 10 中罕见的 CT 转变导致 arg271 到 gln（R271Q）取代，与显着的 DNA 低甲基化相关。生化表征证实 DNMT3L-R271Q 刺激 DNMT3A 从头 DNA 甲基化的能力受损。使用 CpG 岛微阵列进行基于甲基化 DNA 免疫沉淀的分析表明，该样本中的低甲基化优先聚集到亚端粒基因组区域，受影响的位点对应于位于基因外部的预测启动子电位较低的重复 CpG 岛子集。

▼ 动物模型

Bourc'his 等人通过破坏胚胎干细胞中的同源重组（2001）产生了具有突变 Dnmt3l（称为 Dnmt3lG）的可存活但不育的小鼠，其中雄性睾丸具有严重的性腺功能减退症和仅支持细胞的表型。具有Dnmt3lG的雌性的杂合子后代在交配后9.5天后未能发育，这是由于胚胎缺陷而不是子宫缺陷。对印记和母系抑制基因（例如 Snrpn（182279））的差异甲基化区域（DMR）的亚硫酸氢盐基因组序列分析检测到 Dnmt3lG 纯合女性的卵母细胞甲基化不足，表明 Dnmt3l 是建立母系甲基化印记所必需的。来自Dnmt3lG纯合子的杂合胚胎表现出通常仅从父本起源的等位基因表达的基因的双等位基因表达。布尔希斯等人（2001）得出的结论是，DNMT3L 对于基因组印记的建立是特别需要的，但对于基因组印记的增殖来说是可有可无的，并且对于单拷贝 DNA 序列的从头甲基化至关重要。作者提出，DNMT3L 可能充当印记位点甲基化的调节剂，而不是 DNA 胞嘧啶甲基转移酶，因为其序列中缺乏催化基序。

Bourc'his 和 Bestor（2004）证明，在小鼠中，Dnmt3l 在短暂的围产期期间在逆转录转座子经历从头甲基化阶段的精原干细胞的非分裂前体中在睾丸中表达。Dnmt3l 基因的删除阻止了长末端重复序列（LTR）和非 LTR 反转录转座子的从头甲基化，这些反转录转座子在精原细胞和精母细胞中高水平转录。早期生殖细胞中 Dnmt3l 的缺失也会导致不表达 Dnmt3l 的精母细胞减数分裂失败。虽然分散的重复序列在突变生殖细胞中去甲基化，但中心周区域的串联重复序列正常甲基化。Bourc'his 和 Bestor（2004）得出结论，DNMT3L 蛋白可能在减数分裂前基因组扫描过程中分散重复序列的从头甲基化中发挥作用，该过程发生在大约出生时的雄性生殖细胞中。

韦伯斯特等人（2005）发现，除了精子发生早期阶段的低甲基化之外，Dnmt3l -/- 精母细胞在发育后期也表现出异常。减数分裂细胞中染色质压缩受损，组蛋白表位可及性的差异证明了这一点。同源染色体未能排列并形成联会复合体，导致精子发生停滞以及精母细胞通过凋亡和脱落而损失。韦伯斯特等人（2005）得出结论，减数分裂过程中染色质形态的许多特殊变化直接或间接需要 DNMT3L。

亨克尔等人（2009）分析了从 Dnmt3L 缺失雌性获得的妊娠中期小鼠胚胎中印记控制区（ICR）的组蛋白修饰，其中 ICR 上的 DNA 甲基化印记在卵子发生过程中并未建立。这些概念中母体 DNA 甲基化印记的缺失导致抑制性 H3K9me3、H4K20me3 和 H2A/H4R3me2 组蛋白修饰的等位基因特异性显着降低和丧失，这为 ICR 处 DNA 和组蛋白甲基化之间的机制联系提供了证据。当 Dnmt3L 缺失雌性的一些后代中 Snrpn（182279）和 Peg3（601483） ICR 处仍存在 DNA 甲基化时，这些 ICR 与组蛋白甲基化的常见模式相关。作者得出结论，DNA 甲基化参与 ICR 组蛋白甲基化的获得和/或维持。