Последнее обновление: 01/26/2025 06:50:03  Меню и поиск на этом сайте   ЗДЕСЬ  Дополнительная информация   ЗДЕСЬ!!
WMZ: Z191701361450
WMR: R209318204033


Без рекламы только Браузер Uran (скачать )
   Посещений:
РЕДАКТИРОВАНИЕ ДНК



С помощью APOBECs

DNA Editing by APOBECs: A Genomic Preserver and Transformer
Binyamin A.Knisbacher, Doron Gerber, Erez Y. Levanon
Trends in Mol.Med. Volume 32, Issue 1, p16–28, January 2016



  • Activation-induced cytidine deaminase (AID) a C-to-U DNA-editing enzyme, which is essential for antibody affinity maturation and diversification.
  • Apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic polypeptide (APOBEC) a family of C-to-U DNA editors that have a role in diverse biological functions. AID is also a member of the family, which is sometimes referred to as the AID/APOBEC family. By increasing mutation loads in retroelements and DNA the APOBECs can accelerate evolution and promote cancer.
  • APOBEC3s a placental mammal specific member of the APOBEC family that plays an important role in innate immunity by restricting the propagation of viruses and genomic retroelements.
  • C-to-U DNA editing conversion of deoxycytidine to deoxyuridine in DNA by the AID and APOBEC enzymes through the process of deamination (removal of an amine group).
  • Retrotransposons transposable genetic elements that are also known as retroelements and comprise a large fraction of eukaryote genomes. They propagate throughout the genome by a copy-and-paste mechanism that involves reverse transcription. These parasites are a potential source of mutation and a threat to genome integrity, and therefore must be restricted (e.g., by APOBECs). By contrast, they are agents of change in the genome, which spread novel sequences throughout the genome, thus driving evolution.


  • Cytidine deamination, the ability to convert deoxycytidine to deoxyuridine in DNA, is the claim to fame of the APOBEC family. (A,B) Through such DNA editing, this vertebrate-specific family plays key roles in both adaptive and innate immunity, preventing a variety of infectious diseases. AID, one of the first APOBECs to emerge, is essential for antibody diversification in B-cells. (C) The ability of APOBECs to hypermutate DNA enables them to restrict viral (primarily retroviral) propagation. (D) Using the same mechanism, they restrict retrotransposons, which are retroviral-like genetic elements present in high copy-number throughout the genome, and by doing so prevent deleterious mutation. (E) In some cases, DNA-edited retroelements escape degradation and successfully enter the genome. This results in the introduction of novel hypermutated sequences into the genome, enabling the latter to make use of them for new or modified function. When occurring in the germline, DNA editing of retrotransposons accelerates evolution. (F) APOBECs, although usually tightly regulated to avoid off-target activity, have been shown to target nuclear DNA and cause cancer. (G) In epigenetics, AID may mediate so-called active demethylation by deamination of methylated deoxycytidines, which has the potential to alter gene expression.



    DNA Editing: Challenging the Read-Only Dogma


    Традиционно геномные данные рассматриваются как 'неизменные'. Они только сохраняются, считываются и исполняются с геномной кальки. Эти программы идентичны во всех клетках организма. Однако, семейство белков ставит под сомнение эту догму, т.к. способно переписывать содержимое ДНК . Это семейство AID/APOBECs (or 'APOBECs'; see Glossary), может менять последовательность ДНК путем ферментативного деаминирования deoxycytidine, превращая его в deoxyuridine, процесс названный редактирование ДНК. Хорошо изученный член семейства APOBEC это AID. Используя преимущества деаминирования ДНК, AID управляет процессом созревания сродства антител и диверсификации иммунной системы. Первой описанной функцией редактирования ДНК с помощью APOBEC членов семейства стало ингибирование ретровирусов. APOBECs, прежде всего APOBEC3 (A3), редактирует ДНК ретровирусов во время обратной транскрипции, обычно вызывая их деградацию. Помимо ретровирусов A3s являются мощными ограничителями разнообразных др. вирусов и ретротранспозонов. Последние известены также как ретроэлементы и ретровирус-подобные последовательности ДНК, которые являются основным соствляющим геномов позвоночных. с помощью механизма копирования и вклеивания они распространяются по всему геному, нарушая его стабильность и функцию. A3s являются ключевыми игроками по ограничению этих genomic parasites и могут вызывать летальные мутации в их ДНК, как они это прекрасно делают с ретровирусами. В некоторых случаях ретроэлементы проникают в геном несмотря на гипермутации, вызываемые редактированием ДНК. Такие события, если происходят в клетках зародышевой линии, могут ускорять эволюцию генома путем внесения дивергентных последовательностей, которые подвергаются многочисленным мутациям в одной генерации. Хотя редактирование ДНК является преждев всего способом геномной защиты, способность переписывать ДНК это двуострый меч. Неконтролируемая активность в соматических клетках может приводить к мутациям в геноме и в конечном счете выхзывать рак. В самом деле, APOBECs сегодня рассматриваются как основной источник мутаций во многих типах рака и ассоциируют с плохим исходом. Предыдущие обзоры обсуждали в деталях роль APOBECs во врожденном иммунитете [1, 2, 3, 4], раке [5, 6, 7, 8], эпигенетике [9, 10,11] и эволюции [12] (Figure 1, Key Figure).

    The APOBEC Protein Family


    Emergence of the APOBECs


    Семейство APOBEC цитидиновых деаминаз расширилось и дивергировало в ходе эволюции позвоночных и на сегодня состоит из AID и пяти APOBECs (A1 - A5) [13, 14]. Семейство, по-видимому, возникло из AID (или AICDA), которое, как полагают, произошло от Tad (tRNA adenosine deaminase)/ADAT2 (adenosine deaminase, tRNA-Specific 2) tRNA-редактирующих энзимов до расхождения позвоночных [13]. A2 и A4 были обнаружены первыми APOBECs. A2, подобно AID, обнаруживается самое раннее у бесчелюстных и хрящевых рыб. A1 появляется относительно поздно и присутствует у амниот и млекопитающих. A3 и A5 менее распространены и ограничены плацентарными и некоторыми тераподами, соотв. Серия удвоений в локусе A3 дает варьирующие количества генов A3 в разных ветвях плацентарнных, достигая максимума из 7 генов у приматов [13, 14, 15].

    AID


    Эволюция наделила очень специфичной функцией AID в приобретенном иммунитете. AID экспрессируется на высоком урвоне в активированных B клетках и важен для созревания и диверсификации сродства антител [16]. При редактировании ДНК геномных immunoglobulin (Ig) локусов AID запускает характерные нижестоящие процессы: class-switch recombination (CSR), somatic hypermutation (SHM), и у некоторых позвоночных конверсию генов [16, 17]. При CSR, редактирование ДНК вызывает разрывы двойной нити (ds), приводя к перестройке Ig локуса. При SHM, C-to-U ДНК редактирование создает U:G не подходящие др. др. пары после репликации это приводит к фиксации транзиций C-to-T или G-to-A, в зависимости от редактируемой нити. U:G сайты могут также подвергаться эксцизии основания или репарации ошибочно спаренных оснований, чья дисфункция может приводить к транзициям или трансверсиям в этих местах [17, 18]. Интересно, что Ig гипермутации, вызываемые AID, могут также приводить к делеции всего локуса тяжелой цепи, вызывая гибель В клеток в процессе, обозначемом как locus suicidal recombination [19].
    Размах AID распространяется за пределы Ig локуса в активированных В клетках, поскольку она экспрессируется и в др. клетках и тканях [20-22], и воздейтвует также на др. локусы в В клетках [23-29]. Сходным образом, редактирование ДНК с помощью AID может индуцировать гомологичную рекомбинацию в регионах иных, чем Ig локус [30] и может целенаправленно воздействовать на специфические геномные регионы, связанные с репрограммированием и дифференцировкой клеток [11]. Некоторые из этих не-Ig событий могут в принципе вызывать деметилирование 5-methylcytosines в локусах мишенях, и эпигенетические модификации. Др. возможные наборы мишеней включают вирусы [31] и эндогенные ретроэлементы [21], которые AID способна ограничивать, подтверждая, что AID может участвовать во врожденном иммунитете помимо своей канонической роли в приобретенном иммунитете. Наконец, возможным побочным эффектом AID off-target ДНК редактирования является рак (Box 1) [32].
    Box 1 ДНК Editing by AID and APOBECs in Cancer


    APOBEC1


    APOBEC1, это первый открытый APOBEC, функционирующий у людей как РНК редактор. A1 специфически редактирует C-to-U цитидин 6666 в ApoB мРНК, которая кодирует ключевой игрок липидного транспорта. Это редактирование РНК, которое происходит специфически в тонком кишечнике человека, создавая стоп кодон, который приводит к образованию короткого ApoB-48 пептида вместо полной длины в 100 аминокислот ApoB-100, оба они важны для гомеостаза липидов [33]. Т.о., A1 опрерирует подобно ADAR энзимам, создавая мРНК с дифференциальной функцией из одного и того же локуса [12]. Помимо единственного A1 ApoB места редактирования, сравнительный анализ транскриптома A1 нокаутных в противовес мышам дикого типа выявил десятки новых сайтов мишеней для A1 в 3' нетранслируемых регионах (3' UTRs) разных генов [34, 35]. Некоторые из этих событий редактирования изменяют уровни мРНК и белка тканеспецифическим образом [35]; , однако, функция большинства из этих сайтов и имеются ли они у человека, неизвестно. Редактирование мРНК ApoB mRNA управляется кофактором, A1 complementation factor (ACF или A1CF), влияющим на 11 nt mooring (причальной) последовательность [36]. Ожидается, что 3' UTR сайты редактирования также содержат последовательности, сходные с этим мотивом [34]. Недавно, RBM47 (RNA binding motif protein 47) был идентифицирован в качестве др. A1 кофактора, который необходим для собственно редактирования ApoB in vivo и может быть замещен ACF in vitro [37]. Помимо причальной последовательности, A1 обнаруживает тенденицию ассоциировать с элементами, богатыми AU в мРНК, взаимодействие с которыми может повышать стабильность мРНК [38], предупреждать nonsense-обусловленный распад [38], и увеличивать белковую продукцию с помощью связанной мРНК [39]. Интересно, что A1 не радактирует ApoB мРНК амниот, хотя их A1 может редактировать геномную ДНК, будучи трансфицированной в E. coli, а ограниченность ретроэлементами в исследованиях ex vivo, подтверждает, что это может отражать родоначальную функцию A1 [14, 40, 41]. Подобно AID, эта мутагенная способность может быть опасной и избыточная экспрессия A1 может приводить к арку (Box 1).

    APOBEC2


    A2 преимущественно экспрессируется в сердечной и скелетных мышцах млекопитающих [42, 43] и кур [44]. Она существенна для развития, жизнеспособности и плодовитости мышей [46, 47], для лево-правосторонней спецификации в эмбриогенезе у низших позвоночных [48], и для регенерации сетчатки и зрительного нерва [49]. Молекулярная функция A2 неуловима, поскольку она лишена какой-либо цитидин деаминазной активности [40, 45, 46, 50]. Хотя в ранних исследованиях было предположена такая активность на свободный цитозин [42, 43], и возможно на осущетвление геномного деметилирования 5-methylcytosine [51], эти результаты позднее были поставлены под вопрос [45, 46, 52]. Кроме того, недавняя работа о его роли в регенерации сетчатки [50] показала, что zinc-coordinating домен, но не деаминазной активности необходим, чтобы стимулировать связывание Pou6f2 (POU class 6 homeobox 2) транскрипционного фактора с ДНК. Возможно A2 действует совместно в необходимыми ко-факторами.

    APOBEC3


    A3s, представлены 7 паралогами в геноме человека (A3A-D, A3F-H), они редактируют ДНК, что важно для их роли для врожденного иммунитета как мощного ингибитора вирусов и ретроэлементов. Однако, они участвуют в иммунитете разными способами: A3G вносит вклад в клеточный иммунитет путем расширения клетками распознавания natural killer (NK) [53]. В приобретенном иммунитете редактирование ДНК с помощью A3G способствует распознаванию CD8+ cytotoxic T клетками (CTL) инфицированных Т клеток [54] и ограничивает маргинальную зону В клеток, возможно вызывая сдвиг с непосредственной иммунной реакции на более устойчивую [55]. При индукции с помощью факторов, ассоциированных с воспалением, A3A редактирует мРНК сотен генов, некоторые ассоциированы с вирусным патогенезом в моноцитах и макрофагах [56]. A3s может также непосредственно редактировать ядерную и митохондриальную ДНК и трансфицированные плазмиды. Эта ферментативная активность участвует в очистке от чужеродной ДНК и может снижать эффективность терапии, базирующейся на плазмидах, особенно вызываемой с помощью A3A [57, 58]. Как и следовало ожидать геномные мутации ДНК, вызываемые A3s, могут также приводить к раку (Box 1).

    APOBEC4 and APOBEC5


    Физиологические функции A4 и A5 всё ещё неизвестны [14]. A4 экспрессирующиется в семенниках [59] и не деаминирует ДНК у E. coli и дрожжей [60]. A5 присутствует у тетрапод не млекопитающих и подобно AID и A3 может редактировать ДНК [14].

    APOBEC3 and ДНК Editing in Innate Immunity


    Positive Selection Has Driven APOBEC3 Locus Evolution


    Помимо базовой функции AID в приобретенном иммунитете, APOBEC3 (A3) играет бесценную роль во врожденном иммунитете путем гипермутирования и ограничения широкого круга вирусов и ретроэлементов (rev. [1-4]). Локус A3 поячвляется у плацентарных млекопитающих и значительно расширился со временем [61] из-за сильного позитивного отбора, индуцируемого паразитами, которых A3s ограничивает [62, 63]. Определенные эволюционные процессы приводят к изменчивости числа копий A3 между ветвями плацентарных, в пределах от одной копии у грызунов до 7 у приматов (A3A-D, A3F-H) [61, 64-68]. Удвоения возникают в результате сложных эволюционных процессов, но имеют законсервированными свою способность редактирования ДНК и ограничения вирусов [69, 70]. Исходный локус у млекопитающих, скорее всего, содержит три zinc-зависимых цитидин деаминазных домена (ZD-CDAs), которые позднее сливаются, удваиваются и/или делетируются в своих производных [61, 68]. Некоторые A3s содержат не один, а два ZD-CDA домена, как в случае мышиного A3 и в 4-х из 7 A3 белках человека (B, D, F и G) [61]. Эти домены консервативны, но могут функционировать и развиваться независимо, способствуя эволюционной гибкости [67]. Более того, генетические полиморфизмы, read-through транскрипция, альтернативный сплайсинг и дифференциальная трансляция с точек старта делают белковые варианты ещё богаче [66, 67, 70-72].

    APOBEC3s Restrict a Wide Range of Viruses


    Гибкость, обеспечиваемая дупликациями родоначального A3 локуса, поддерживается добавлением новых функций, позволяя локусу адаптироваться к новым патогенам (Box 2) [66, 68, 70]. В самом деле A3 белки сегодня отличаются по профилю экспрессии, субклеточной локализации, специфичности вирусос мишеней, редактированию и/или ограничению потенции, редактированию контекстных преференций и т.д. Несмотря на это, все 7 белков APOBEC3 человека, как было установлено, по-разному ограничивают вирусные инфекции [2, 73]. Возникающий в результате набор охранных белков обеспечивает защиту против разнообразных вирусов. Первыми и наипервейшими являются ретровирусы, где присутствующие представители каждого из тестированных родов успешно подвергаются действию (ограниченные и/или отредактированные), по крайней мере, при одном из экспериментальных условий для A3 млекопитающих : сюда входят α-, β-, γ- и δ-ретровирусы вместе с лентивирусами и spumaviruses (ε-ретровирусы не были тестированы). Тем не менее антивирусная активность A3 не ограничена ретровирусами. Согласно Baltimore клессификации, A3s ограничивается 6 из 7 классов вирусов: dsДНК [74], single-stranded (ss)ДНК [75], (+)ssRNA [76], (-)ssRNA [77], ssRNA-RT (retroviruses) [65], and dsДНК-RT вирусами [78] (rev. [1,3, 4]). Сюда не входят только dsRNA вирусы, которые не были тестированы. A1 из ящериц и многих млекопитающих может ограничивать вирусы и/или эндогенные ретроэлементы [41, 79-83]. Очевидно, что A1 родоначальных млекопитающих ограничал активность паразитов, это было утеряно после появления A3 [14].

    Box 2 The Arms Race: APOBECs Coevolve with Viruses

    Необходимо отметить, что эксперименты со многими вирусами (и ретроэлементами) по ограничению использовали избыточную экспрессию APOBEC в культуре клеток, в некотоых случаях, это не отражало их компетентности in vivo. Тем не менее строгие доказательства подтверждают активность А3 по ограничению in vivo. Помимо доказательств индукции с помощью интерферона и широко распространенной экспрессии эти доказательства включают (i) эксперименты по экспрессии А3 на низких или физиологических уровнях, (ii) эксперименты по инфекции у мышей [4], и (iii) возможные корреляции между полиморфизмами A3 у людей и проявлениями вирусной инфекции и прогрессирования болезни [3, 86].

    Retroelement Restriction by APOBECs


    Ретроэлементы являются мобильными генетическими элементами, представлющими значительную порцию генома большинства эукариот, приближаясь к половине массы генома у млекопитающих [21]. Эти эндогенные ретровирус-подобные элементы пролиферируют внутри генома хозяина с помощью механизма копирования и вклеивания, который использует обратную транскрипцию. Новые инсерции ретротранспозонов могут быть вредными для генома хозяина и поэтому способствуют развитию множественных механизмов по защите генома. A3 белки появились как важный возврат защиты вслед за супрессией транскрипции с помощью метилирования ДНК и пост-транскрипционным молчанием с помощью siRNA и Piwi-interacting RNA (piRNA) [87, 88]. Ретроэлементы состоят из трех основных классов: LTR (long terminal repeat) ретротранспозонов и двух не-LTR классов, LINE и SINE (long/short interspersed elements) [89]. Экспериментальные исследования показали, что члены всех трех классов ретроэлементов могут быть ограничены с помощью A3s [1, 2, 4]. Более того, все A3s человека способны ингибировать ретротранспозицию LINE-1 и Alu элемента с разной скоростью при избыточной экспрессии в клетках HeLa [90, 91]. Однако надежность таких исследований избыточной экспрессии A3 оспаривается [4], и эти результаты противоречат сообщениям, что A3F, A3G и/или A3H неактивны против LINE-1 в сходных условиях [92-94]. Тем не менее эксперименты по замалчиванию генов показали, что эндогенные A3C ограничивают LINE-1 в клетках HeLa [93], а др. подходы рассмотрели подобную роль для A3B (но не A3C-A3G) плюрипотентных клетках [95, 96]. Относительно ограничения LTR ретротранспозонов, продемонстрировано ограничение большинством A3 энзимов (преимущественно A3A, A3B, A3F и A3G) с более достоверными результатами [2, 97]. Кроме того, геномы млекопитающих содержат LTR ретротранспозоны, несущие ассоциированные с A3 гипермутации G-to-A , подтверждая, что их ограничение использует редактирование ДНК (Box 3) [98-100]. Помимо A3s, A1s от не человекообразных млекопитающих (кролики и грызуны) также являются модными ингибиторами ретроэлементов и экспрессируются в семенниках и овариях, где их функция жизненно необходима [41].

    Box 3 The Contribution of ДНК Editing to APOBEC-Mediated Restriction

    Hallmarks of ДНК Editing by APOBECs


    APOBECs оставляют видимые следы на своих ДНК-редактируемых мишенях, в результате своего способа действия и ферментативных преференций. Эти свойства были использованы с помощью вычислительных методов, чтобы обнаруживать редактирование ДНК ретровирусов и ретроэлементов в геномных последовательностях (Box 4) [99-102]. APOBEC3s специфически редактируют ssДНК 3' to 5' поступательным способм [103]. C-to-U редактирование ретровирусной ДНК происходит после обратной транскрипции, когда синтезируемая ssДНК временно открывается благодаря деградации РНК матрицы. Затем C-to-U редактируемые ssДНК матрицы синтезируют вирусную кодирующую нить, которая д. нести комплементарные G-to-A мутации. Т.о., редактирование ДНК ретровирусов (и ретроэлементов) оставляет одну или более серий или 'кластеров' G-to-A мутаций специфически на кодирующей нити. Более того, более многочисленные отредактированные цитидины являются четкой характристикой редактирования ДНК с помощью APOBECs. A3A, напр., может редактировать до 97% цитидинов в чужеродной ДНК, трансфицированной в клеточную культуру [58]. Однако, редактиврование ДНК не ограничивается сильно гипермутирующими последовательностями, поскольку они обычно сопровождаются слегка отредактированными последовательностями [57]. Др. интересное наблюдение в HIV геноме связано с 5' to 3' увеличением градиента редактирования ДНК вдоль последовательности, а частоты редактирования коррелируют с промежутком времени в каждом регионе, оставшемся чувствительнром к APOBECs в качестве ssДНК [104].

    Box 4 Computational Identification of ДНК editing

    Детальнее, ферментативная активность APOBEC3 более эффективна в специфических контекстах последовательностей [98]. A3s варьируют в отношении точных своих предпочтений, хотя имеют общую зависимость от нуклеотидов, непосредственно соседствующих с редактируемым цитидином (-2, -1 и +1 позиции). Наиболее сильным детерминантом для A3человека является -1: A3G предпочитает CC а др. A3s и AID предпочитают TC. Напротив, мышиный A3 имеет более выраженное предпочтение в -2 позиции, где он строго предпочитает T [4,98]. Помимо этих общих предпочтений, обнаруживаются горячие точки редактирования ДНК, которые определяются контекстом обеих последовательностей и вторичной структурой ssДНК [105]. В противовес редактированию РНК с помощью A1, чья специффичность управляется с помощью A1CF и RBM47 кофакторов [36, 37], первичным источникоа предпочтений A3является их собственные деаминазные домены [106].

    ДНК Editing of Retrotransposons Accelerates Genome Evolution


    Ретротранспозоны это не просто нагрузка на геном. Эти мобильные генетические элементы являются топливом для эволюции генома с помощью репликации и распространения многочисленных новых последовательностей по всему геному. Многие из этих паразитических последовательностей были приручены и получили новое назначение ('exapted') в геноме для его пользы и на сегодня составляют часть многих генов и регуляторных элементов [89]. Редактирование ДНК ретротранспозонов добавляет слой гибкости к своему эволюционному механизму. В некоторых случаях последовательность вновь интегрированных ретротранспозонов может быть использована геномом 'как таковая'. Однако, чтобы возникнуть новой функции ретротранспозон д. подвергнуться серии случайных мутаций, чтобы быть прирученным и exapted. На это могут уйти миллионы лет, в ожидании эквивалентных мутаций. Однако, поскольку редактирование ДНК с помощью APOBECs вставляет многие мутации одномоментно (Figure 2A) , то это может изменить данный элемент до такой степени, что он изменит свою эволюционную траекторию. С помощью последующих мутаций это может ускорить exaptation. Следовательно, редактирование ДНК может помочь объяснить как некоторые ретротранспозоны приобретают столь разнообразную коллекцию функций [100] (Figure 2B,C).
    Разработаны некоторые методы, чтобы идентифицировать редактирование ДНК в последовательности ретротранспозона (Box 4) [99, 100, 107]. Эти исследования показали, что многие ретроэлементы с гипермутациями в геномах млекопитающих. Геномный анализ выявляет редактирование ДНК в ретроэлементах, которое происходит специфически в клетках зародышевой линии и поэтому являются интегральной частью наследуемого генома. Некоторые редактируемые элементы экстенсивно редактируются, включая одиночные ретроэлементы мышей, содержащие 176 APOBEC-ассоциированных мутаций. Такая тяжёлая мутационная нагрузка тотчас нарушает способность ретроэлемента продуцировать белки, необходимые для дальнейшей мобилизации. Более того, это позволяет геному свободно экспрессировать tranquilized последовательности для новой функции с низким риском. В самом деле, редактированные элементы были найдены преимущественно экспрессирующимися, exonized и альтернативно сплайсируемыми [100]. Эти примеры демонстрируют один из наиболее мощных эволюционных эффектов этого механизма сильных мутаций. Заметим. что существующие методы детекции довоьно консервативны и случайные мутации, накапливающиеся после инсерции ретроэлемента, могут маскировать сигнал редактирования ДНК, значит влияние редактирования ДНК функцию генома возможно значительно сильнее.

    APOBECs in Epigenetics: Demethylation by Deamination


    Метилирование геномного цитозина играет главную роль в регуляции экспрессии генов и деметилирование по всему геному происходит во время раннего развития. Предполагается, что баланс между метилированием и деметилированием предопределяет состояние метилирования генома. Поскольку метил трансферазы, ответственные за метилирование цитозина, были хорошо охарактеризованы [DNMT (ДНК cytosine-5 methyltransferase) семейство], распутав механизмы, участвующие в деметилировании, они остались позади [10, 108]. Первоначально деметилирование, как полагают, происходит только с помощью пассивныхмеханизмов, таких как отсутствие поддержания метилирования [109]. Недавние исследования установили, что APOBECs и TET1/2 (TET methylcytosine dioxygenases) являются энзимами, которые принимают участие в каскадах, которые активно удаляют модификацию 5-methylcytosine (5mC) с помощью деаминирования и окисления, соотв. [9-11]. Множественные исследования подтвердили потенциальную роль AID в деметилировании, показав, что деаминирование 5mC с помощью AID воздействует на эпигенетическое репрограммирование [20, 22, 110]. Точнее, AID экспрессируется в плюрипотентных тканях [20] и важен для успешного репрограммирования фибробластов в плюрипотентные клетки [110].
    Некоторые вариации пути, использующего TET и/или APOBEC семейства, возможны, но точное осуществление и степень, с которой каждая вариация происходит, пока неясны [9, 111, 112].Фактически, все предполагаемпые вариации этого процесса вызывают посредничают в возникновении T:G или U:G неправильных пар, которые в конечном итоге удаляются с помощью энзимов base-excision repair (BER) [напр., TGD (uracil ДНК N-glycosylase) и/или MBD4 (methyl-CpG binding domain protein 4)] [51, 113-115], приводя к финальному немодифицированному цитозину. Первоначально полагали, что TET и APOBECs могут участвовать в процессе вместе, где бы TET превращал 5mC в 5hmC (5-hydroxymethylcytosine), который бы деаминировали APOBECs до 5hmU. Однако, деаминирование с помощью AID человека и APOBECs мыши очень неэффективно для 5hmC в структурном отношении [116, 117], делая эту возможность совершенно несбыточной, по крайней мере, для AID [112]. Более того, возникают сомнения относительно роли в деаминировании с помощью APOBECs при деметилировании, поскольку деаминирование 5mC почти всеми APOBECs человека происходит со значительно меньшей скоростью, чем для цитозина [118, 119], среди прочих доказательств [11]. Только A3A может деаминировать 5mC столь же эффективно, как и цитозин [119], хотя наблюдения, что эндогенный A3A является цитоплазматическим [120] (but see [94]), и что его экспрессия специфична для миелоидного клона [58, 85], или что он нре влияет на метлилирование ДНК генома вцелом [121] снижает вероятность, что он играет жизненно важную роль в стирании метилирования в геноме. Тем не менее возможно, что др. APOBECs запускают long-patch BER путь, который может увеличивать эффективностьобеспечиваемого с помощью APOBEC демтя за счет последовательного модифицирования множественных 5mCs вблизи основания, подвергающегося воздействию [10, 112, 122].
    Несмотря на споры относительно возможной роли деаминаз в стирании метилирования в геноме [11, 112, 123], имеется, по-видимоу, широкое согласие, что AID влияет на деметилирование специфических генов, связанных с дифференцировкой клеток [11]и может способствовать раку [124]. Было бы интересно посмотреть, до какой степени нарушение регуляции APOBEC, которое отмечается в разных раковых опухолях [6], будет приводить к аномальному деметилированию и вносить вклад в альтерации метилирования, общие для опухолей [125].

    Concluding Remarks


    Cytidine deamination, a process executed by APOBECs in vertebrate genomes, has turned out to be a very powerful mediator of change. Although the initial functions assigned to the family were limited to editing of immunoglobulin loci and a single RNA transcript (ApoB), the spectrum of known targets has rapidly expanded, now including a variety of viruses and retroelements. Their ability to edit retroelement and genomic ДНК can lead to rapid genome evolution, on the one hand, and cancer on the other. The many functions attributed to this family of ДНК and RNA editors have brought together diverse fields of biology, converging to a common molecular mechanism. Altogether, it does not seem likely that the APOBECs, with their unique ability to rewrite genomic information, will be leaving the spotlight of scientific research in the near future (see Outstanding Questions). Hopefully, novel therapies will follow research by means of either reducing, enhancing, or directing APOBEC activity to treat viral infection and cancer.