DNMT3B (o ADN (citosina-5) – metiltransferasa 3 beta) és un enzim que en els éssers humans està codificat pel gen DNMT3B, el qual se situa al cromosoma 20. Aquest enzim, juntament amb el DNMT3A, és necessari per a la metilació de novo a tot el genoma i és essencial per a l'establiment de patrons de metilació del DNA durant el desenvolupament.
Pel que fa a l'enzim DNMT3B, destaca el domini PWWP N-terminal, el qual s'encarrega d'unir la proteïna a la cromatina. A més a més, també compta amb un domini ADD, el qual és un motiu de dit de zinc (zinc-finger), i un domini SAM-dependent MTase C5-type.
L'enzim DNMT3B pertany a la família d'enzims metiltransferases i, a part d'interaccionar amb altres enzims DNMT ––com ara el DNMT3A i el DNMT1––, també s'han observat interaccions amb altres proteïnes, les quals són ZHX1, EZH2, SUMO-1.
Existeixen diferents isoformes de l'enzim DNMT3B amb petites variacions que fan que tinguin funcions més específiques o es vegin associades a processos concrets.
Aquesta proteïna està involucrada en el càncer, malaltia on la metilació de l'ADN hi té un paper important. A més a més, s'ha observat que variants del ΔDNMT3B poden estar dirigides de forma aberrant, fet que contribueix a patrons anòmals de metilació observats en la tumorigènesi. Recentment també s'ha descobert que una mutació en el gen DNMT3B és protagonista en el 66,7% dels casos diagnosticats de la síndrome d'immunodeficiència, inestabilitat de la regió centromèrica i anomalies facials (ICF).
Història El 1975, l'equip liderat per Riggs i Holliday i Pugh va proposar per primera vegada la necessitat de l'existència d'una metiltransferasa de manteniment que dugués a terme la metilació tant en llocs sense metilar com en llocs hemi-metilats, on peresentaria més facilitat per dur a terme aquest procés.
L'existència d'aquestes metiltransferases va quedar demostrada pels experiments realitzats el 1981 per Wigler et al. i el 1982 per Stein et al., que provaven l'herència clonal dels patrons de metilació de les cèl·lules dels mamífers. El 1988, un tercer experiment dut a terme per Bestor et al. va tornar a provar l'existència d'aquestes proteïnes amb la clonació de la primera ADN metiltransferasa (DNMT1) d'un mamífer.
Experiments de Li et al. el 1992 i Lei et al. el 1996, que consistiren en la inactivació del gen DNMT1 de ratolins, van demostrar que això resultava en la desmetilació de totes les seqüències estudiades, indicador de que la funció principal d'aquest gen tenia a veure amb el manteniment de la metiltransferasa in vivo i en l'assegurament de la replicació dels patrons de metilació de l'ADN durant cada ronda de la divisió cel·lular. Tot i que es va demostrar el paper del DNMT1 a la metilació in vivo, no es va poder provar amb suficients evindències que dugués a terme una funció rellevant a la metilació de novo, per tant va sorgir l'indici de l'existència d'un altre enzim diferent responsable d'aquest procés. Aquesta hipotèsi va ser confirmada amb un estudi de Lei et all. el 1996, on es va posar de manifest que cèl·lules mare sense presència del DNMT1 tenien la capacitat de metilar ADN retroviral.
El 1982 investigacions de Jähner et al., Palmiter et al. o Stewart et al. van determinar que la metilació de novo era molt present en embrions primerencs i en carcinomes embrionaris. Uns anys més tard, gràcies a les investigacions realitzades per Monk et al. el 1987, Stanford et al. també el 1987, Howlett and Reik el 1991 i Kafri et al. el 1992 es va tornar a confirmar això amb l'observació d'un òvul fertilitzat, el qual durant el desenvolupament preimplantacional patia una onada de desmetilació que esborrava part del patró de metilació heretat dels seus progenitors. A la vegada van demostrar que després de la implantació es produïa una nova onada de metilació de novo que establia el nou patró de metilació.
La recerca continuada de noves metiltransferases en mamífers ha portat al descobriment de variants DNMT2 i DNMT3. A més a més, un estudi dut a terme en ratolins per Okano et al. el 1998 va mostrar que la desactivació de la DNMT2 no provocava alteracions ni al procés de metilació de novo ni a la metilació de manteniment d'ADN províric, fet que va portar als investigadors a la conclusió que aquesta proteïna no s'encarregava de realitzar la metilació de novo.
En l'actualitat es coneix que la família DNMT3 està formada pels gens DNMT3A i DNMT3B i que es troba altament expressada en cèl·lules mare, sent imprescindibles per a la metilació genòmica de novo i essencials pel desenvolupament dels mamífers.
Estudis recents publicats el 2018 evidencien que el reclutament de DNMT3B està regulat per nombrosos mecanismes, com les modificacions de la cromatina, els nivells de transcripció, els RNA no codificants i la presència de factors d'unió a l'ADN, i relacionen les anomalies de metilació de l'ADN amb malalties humanes de tipus cromosòmiques i genòmiques, com ara malalties hereditàries i càncer. La síndrome d'immunodeficiència autosòmica recessiva, inestabilitat centromèrica i anomalies facials, tipus I (ICF-1), s'associen a mutacions hipomòrfiques del gen DNMT3B, i al mateix temps, l'expressió alterada d'aquest es relaciona amb processos tumorals. Tot plegat implica que els patrons anormals d'hipometilació i hipermetilació de l'ADN afecten l'expressió gènica i l'arquitectura genòmica que contribueixen als estats patològics.
Els resultats d'una sèrie d'assajos clínics publicats l'any 2019 han demostrat que la hipermetilació dels supressors tumorals mediada per DNMT1 o DNMT3B contribueix a la progressió i gravetat de la LMA (leucèmia mieloide aguda). Es van fer estudis amb l'objectiu de provar l'eficàcia d'inhibidors experimentals del DNTMT en LMA. Es va arribar a la conclusió que els agents hipometilants de nucleòsids mostraven respostes millorades en assaigs clínics de pacients amb LMA, i els nous inhibidors no nucleòsids del DNMT van demostrar citotoxicitat contra les cèl·lules de LMA en entorns preclínics.
Estructura del gen DNMT3B esquerra|miniatura|330x330px|Aquesta imatge mostra la posició cromosòmica del gen DNMT3B d'una manera esquemàtica i visual El gen DNMT3B se situa en el braç llarg de la posició 11.21 del cromosoma 20 humà i està constituït per 24 exons —regió que té la capacitat de codificar una proteïna; en aquest cas, l'enzim DNMT3B amb 853 aminoàcids.
Estructura de la proteïna DNMT3B La proteïna DNA (citosina-5) -metiltransferasa 3B codificada pel gen DNMT3B també és coneguda com a DNMT3B, altres noms són: ADN metiltransferasa HsaIIIB, ADN MTasa HsaIIIB, M.HsaIIIB. Categòricament és una enzim associat al DNA. La localització és intracel·lular, també es localitza amb condensina i KIF4A a cromosomes condensats durant la mitosis, a més la localitzen a regions centromèriques i peri-centromèriques, quasi tot el contingut de DNMT3B està forçament ancorat a un subconjunt de nucleosomes que contenen DNA metilat amb elements SINE i LINE metilats i les illes CpG són el llocs d'unó principals de DNMT3B, suggerint que l'herència de la metilació del DNA requereix senyals dels components de cromatina a més de la Hemimetilació.
Aquesta proteïna presenta dominis en PWWP a les posicions 225-283, ADD a les posicions 423-555 i un domini a "SAM-dependent MTase C5 type" a les posicions 575-853. El domini PWWP juga un rol fonamental com a marcador d'heterocromatina pericèntrica.
Respecte l'estructura, té una regió rica en cisteïna central del domini PWWP N- terminal amb homologia amb respecte ATRX (XNP). Té un domini PHD amb 5 dominis catalítics conservats del –C terminal que funcionen en relació de transmetilació. La regió reguladora N-terminal llarga està unida a un domini C-terminal conservat responsable de l'activitat catalítica amb el domini PWWP en la regió N-terminal, el mòdul de focalització de cromatina -> cromosoma és essencial per a la focalització de cromatina dels enzims.
El domini PWWP s'encarrega d'unir la proteïna a la cromatina, és a dir, Heterocromatina pericèntrica donant lloc a la metilació de certes zones del DNA. Està format per 150 aminoàcids i té una seqüència central de Pro-Trp-Trp-Pro. Arran de la superfície del domini Lys i Arg que són lloc d'unió del DNA, aquest domini interacciona amb altres factors com a Lys36 de la histona H3, que és fonamental per a la unió a la cromatina. ZHX és la proteïna que interacciona amb DNMT3B que contribueix al silenciament dels gens. La TDG inhibeix l'activitat de DNAmetiltranferasa de DNMT3A.
A més a més, un domini ADDz que és un domini catalític actiu de DNMT3B i membre d'aquesta família de metiltransferases de novo que té una regió variable N-terminal seguida de la regió PWWP, tot dos rics en cisteïna. El domini ADDz és un motiu de dit de zinc similar PHD que conté dos parts, un C2-C2 i un dit de zinc similar a PHD. S'han identificat al voltant de 40 proteïnes que s'han vist implicades principalment al control transcripcional intervingut per cromatina; a ADDz, el residu de histidina conservat del dit PHD es reemplaça per una Cisteïna i un motiu addicional C2-C2 al dit zinc que es troba aproximadament a dalt del motiu C4-C-C3.
Les SAM-dependent MTase C5-type són un tipus de metilació covalent d'un grup metil a la citocina dins de les CpG, té l'efecte de repressió al gen de la transcripció, mitjançant la inhibició de la unió del factor de transcripció o el reclutament de proteïnes d'unió a metil i a seus factors de remodelació de cromatina associats, donant lloc a la inactivació del cromosoma X. La metilació del DNA és essencial per al desenvolupament embrionari adequat i és un factor important tant per a la reparació del DNA com per a l'estabilitat del genoma, aquestes unions es donen a motius específics de reconeixements d'una diana.
Funció de la proteïna DNMT3B esquerra|miniatura|295x295px|L'enzim DNMT3B realitza la metilació de novo del genoma. Aquesta metilació té lloc principalment sobre les citosines segons la reacció: citosina + S-adenosil-L-metionina ------> 5-metilcitosina + S-adenosil-L-homocisteïna
El coenzim SAM és el donador del grup metil. La funció principal de l'enzim DNMT3B és la metilació de novo del DNA, funció en la qual també hi participa el DNMT3A. La metilació del DNA és una modificació epigenètica que regula l'expressió gènica, juntament amb altres modificacions com la metilació de les histones.
En els mamífers, aquesta metilació del DNA es produeix predominantment a la posició C-5 de la citosina dins del dinucleòtid CpG simètric, que afecta aproximadament un 70-80% dels llocs CpG a tot el genoma. Aquest enzim realitza concretament la metilació de novo, la qual es basa en l'addició de grups metil a tot el genoma per primera vegada, és a dir, l'enzim DNMT3B, juntament amb altres enzims com el DNMT3A, s'encarrega de decidir quina regió es metila i quina no. Això és essencial per tal que s'estableixin els diferents patrons de metilació del DNA durant el desenvolupament embrionari, però també té un paper clau en la inactivació del cromosoma X. La proteïna es localitza principalment al nucli i la seva expressió es regula durant el desenvolupament; també s'ha observat que aquesta proteïna metila preferentment el DNA que es troba dins del nucli del nucleosoma.
D'altra banda, també pot funcionar com a co-repressor transcripcional mitjançant l'associació amb CBX4. De la mateixa manera, s'ha observat que el DNMT3B pot associar-se amb el DNMT1 i, tot reclutant CTCFL, participar en l'activació de l'expressió gènica de BAG1 mitjançant una dimetilació de la histona promotora H3 a H3K4 i H3K9.
Familia del gen