Evolution of restriction-modification systems with one restriction endonuclease and two DNA methyltransferases

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Some restriction-modification systems contain two DNA methyltransferases. In the present work, we have classified such systems according to the families of catalytic domains present in restriction endonucleases and both DNA methyltransferases. The evolution of restriction-modification systems of one class was studied in detail. Systems in this class include an endonuclease with a NOV_C family domain and two DNA methyltransferases, both with DNA_methylase family domains. The phylogenetic tree of DNA methyltransferases from systems of this class consists of two clades of the same size. Two DNA methyltransferases of each restriction-modification system of the class belong to different clades. This indicates independent evolution of the two methyltransferases. We detected multiple cross-species horizontal transfers of systems as a whole, as well as cases of gene transfer between systems.

About the authors

A. S Fokina

Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University

Email: sas@belozersky.msu.ru
119234 Moscow, Russia

A. S Karyagina

N.F. Gamaleya National Research Center for Epidemiology and Microbiology, Ministry of Healthcare of the Russian Federation;Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow;All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology

Email: sas@belozersky.msu.ru
123098 Moscow, Russia;119992 Moscow, Russia;127550 Moscow, Russia

I. S Rusinov

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow

Email: sas@belozersky.msu.ru
119992 Moscow, Russia

D. M Moshensky

Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University;Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow

Email: sas@belozersky.msu.ru
119234 Moscow, Russia;119992 Moscow, Russia

S. A Spirin

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow;National Research University Higher School of Economics;Federal Science Center System Research Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: sas@belozersky.msu.ru
119992 Moscow, Russia;109028 Moscow, Russia;117218 Moscow, Russia

A. V Alexeevski

Faculty of Bioengineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University;Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow;Federal Science Center System Research Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: sas@belozersky.msu.ru
119234 Moscow, Russia;119992 Moscow, Russia;117218 Moscow, Russia

References

  1. Williams, R. J. (2003) Restriction endonucleases: Classification, properties, and applications, Mol. Biotechnol., 23, 225-244, doi: 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, doi: 10.1093/nar/gkg274.
  3. Pingoud, A., Wilson, G. G., and Wende, W. (2014) Type II restriction endonucleases - a historical perspective and more, Nucleic Acids Res., 42, 7489-7527, doi: 10.1093/nar/gku447.
  4. Szybalski, W., Kim, S. C., Hasan, N., and Podhajska, A. J. (1991) Class-IIS restriction enzymes - a review, Gene, 100, 13-26, doi: 10.1016/0378-1119(91)90345-c.
  5. 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, doi: 10.3109/10409231003628007.
  6. Vasu, K., and Nagaraja, V. (2013) Diverse functions of restriction-modification systems in addition to cellular defense, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 77, 53-72, doi: 10.1128/mmbr.00044-12.
  7. Furmanek-Blaszk, B., Boratynski, R., Zolcinska, N., and Sektas, M. (2009) M1.MboII and M2.MboII type IIS methyltransferases: Different specificities, the same target, Microbiology, 155, 1111-1121, doi: 10.1099/mic.0.025023-0.
  8. Kriukiene, E., Lubiene, J., Lagunavicius, A., and Lubys, A. (2005) MnlI - The member of H-N-H subtype of Type IIS restriction endonucleases, Biochim. Biophys. Acta, 1751, 194-204, doi: 10.1016/j.bbapap.2005.06.006.
  9. Sapranauskas, R., Sasnauskas, G., Lagunavicius, A., Vilkaitis, G., Lubys, A., and Siksnys, V. (2000) Novel subtype of type IIS restriction enzymes, J. Biol. Chem., 275, 30878-30885, doi: 10.1074/jbc.m003350200.
  10. Sugisaki, H., Kita, K., and Takanami, M. (1989) The FokI restriction-modification system, J. Biol. Chem., 264, 5757-5761, doi: 10.1016/s0021-9258(18)83614-6.
  11. 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, doi: 10.1093/nar/gkaa913.
  12. 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, doi: 10.1093/nar/gku1046.
  13. Lemoine, F., Correia, D., Lefort, V., Dopplt-Azeroual, O., Mareuil, F., Coen-Boulakia, S., and Gascuel, O. (2019) NGPhylogeny.fr: new generation phylogenetic services for non-specialists, Nucleic Acids Research, 47, W260-W265, doi: 10.1093/nar/gkz303.
  14. 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, doi: 10.1093/nar/gkab301.
  15. 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, doi: 10.1093/bioinformatics/btl158.
  16. Steczkiewicz, K., Muszewska, A., Knizewski, L., Rychlewski, L., and Ginalski, K. (2012) Sequence, structure and functional diversity of PD-(D/E)XK phosphodiesterase superfamily, Nucleic Acids Res., 40, 7016-7045, doi: 10.1093/nar/gks382.
  17. Sukackaite, R., Grazulis, S., Bochtler, M., and Siksnys, V. (2008) The recognition domain of the BpuJI restriction endonuclease in complex with cognate DNA at 1.3-Å resolution, J. Mol. Biol., 378, 1084-1093, doi: 10.1016/j.jmb.2008.03.041.
  18. Sukackaite, R., Lagunavicius, A., Stankevicius, K., Urbanke, C., Venclovas, Č., and Siksnys, V. (2007) Restriction endonuclease BpuJI specific for the 5′-CCCGT sequence is related to the archaeal Holliday junction resolvase family, Nucleic Acids Res., 35, 2377-2389, doi: 10.1093/nar/gkm164.
  19. Degtyarev, S. K., Netesova, N. A., Chizhikov, V. E., and Abdurashitov, M. (1998) Cloning and characterization of the gene encoding M.FauI DNA methyltransferase, Biol. Chem., 379, 567-568.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».