Кіріспе

Метилдендіруші ферменттер тобы Метилтрансферазалар - ферменттердің үлкен тобы, олардың барлығы субстраттарын метилдендіреді, бірақ олардың құрылымдық ерекшеліктеріне байланысты бірнеше субкластарға бөлінеді. Метилтрансферазалардың ең көп таралған класы I класы болып табылады, олардың барлығы S аденозил метионинді (SAM) байлау үшін Россманн бүгімі бар. II класты метилтрансферазалар SET доменін қамтиды, оларды SET доменінің гистон метилтрансферазалары және III класты метилтрансферазалар көрсетеді, олар мембраналық байланысты. Метилтрансферазалар метил трансфер реакцияларында әр түрлі субстраттарды пайдаланатын әртүрлі типтерге жіктелуі мүмкін. Бұл түрлерге ақуыздық метилтрансферазалар, ДНК/РНК метилтрансферазалар, табиғи өнім метилтрансферазалары және SAM тәуелді емес метилтрансферазалар жатады. SAM - метилтрансферазалардың классикалық метил доноры, алайда, басқа метил донорларының мысалдары табиғатта кездеседі. Метилді көшірудің жалпы механизмі - SN2-ге ұқсас нуклеофилді шабуыл, онда метионин күкірттің шығып бара жатқан тобы және оған қосылған метил тобы метил тобын фермент субстратына көшіретін электрофил ретінде әрекет етеді. Бұл процесте SAM S Аденозил гомоцистеинге (SAH) айналады. SAM метилдік байланысының бұзылуы мен субстрат метилдік байланысының пайда болуы бір мезгілде болады. Бұл ферменттік реакциялар көптеген жолдарда кездеседі және генетикалық аурулар, қатерлі ісік және зат алмасу ауруларына қатысы бар. Метилді көшірудің тағы бір түрі - S радикалдық аденозил метионин (SAM), ол бастапқы метаболиттердегі, ақуыздардағы, липидтердегі және РНК-дағы белсендірілмеген көміртек атомдарының метилирленуі.

Генетика

Метилирлеу, сондай-ақ басқа эпигенетикалық өзгерістер транскрипцияға, гендік тұрақтылыққа және ата-аналық импринтке әсер етеді. Ол хроматин құрылымына тікелей әсер етеді және геннің транскрипциясын модуляциялай алады, тіпті геннің өзіне мутация жасамай, гендерді мүлдем үндетпей немесе белсендіре алады. Бұл генетикалық бақылаудың механизмдері күрделі болса да, ДНК гипо- және гиперметилденуі көптеген ауруларға әсер етеді.

Гистон метилтрансферазалары

Гистон метилтрансферазалары эпигенетикалық деңгейдегі генетикалық реттеу үшін маңызды. Олар негізінен ε азоттағы лизинді және гистон құйрықтарындағы аргинин гуанидиний тобын өзгертеді. Лизин метилтрансферазалары мен аргинин метилтрансферазалары ферменттердің ерекше кластары болып табылады, бірақ екеуі де SAM-ті метил доноры ретінде гистон субстраттарына байлайды. Лизин амин қышқылдары бір, екі немесе үш метил тобымен, ал аргинин амин қышқылдары бір немесе екі метил тобымен өзгертілуі мүмкін. Бұл оң зарядтың беріктігін және қалдықтың гидрофобтылығын арттырады, бұл басқа белоктарға метил белгілерін тануға мүмкіндік береді. Бұл модификацияның әсері гистон құйрығында және оның айналасындағы басқа гистон модификацияларының орналасуына байланысты. Модификациялардың орналасуы ДНК тізбектерімен, сондай-ақ шағын кодтамайтын РНК-мен және ДНК-ның метилирленуімен ішінара анықталуы мүмкін. Көбінесе омыртқалы жануарларда метилирленген H3 немесе H4 гистоны. Модификация айналасындағы гендердің көбейген немесе азайып кеткен транскрипциясы болуы мүмкін. Транскрипцияның артуы хроматиннің конденсациясының төмендеуінен, ал транскрипцияның төмендеуі хроматиннің конденсациясының артуынан туындайды. Гистонның метилдік белгілері хроматинді одан әрі өзгерте алатын басқа ақуыздарды қабылдау үшін сайт ретінде қызмет ету арқылы осы өзгерістерге ықпал етеді.

N-терминалдық метилтрансферазалар

N-альфа метилтрансферазалар метил тобын SAM-тен N-терминал азотқа белок нысаналарына көшіреді. N терминалды метионинді алдымен басқа фермент бөліп алады, ал X пролин- лизин консенсустық тізбекті метилтрансфераза таниды. Барлық белгілі субстраттар үшін Х аминокислотасы - аланин, серин немесе пролин. Бұл реакция метилирленген белок пен SAH береді. Адамда осы метилтрансферазалардың белгілі нысаналары RCC 1 (ядролық тасымалдау ақуыздарының реттеушісі) және ретинобластома ақуызын (көптеген жасушалардың бөлінуін тежейтін ісікті басушы ақуыз) қамтиды. RCC 1 метилирлеуі митоз кезінде ерекше маңызды, өйткені ол ядролық қаптаманың жоқтығында кейбір ядролық ақуыздардың орналасуын үйлестіреді. RCC 1 метилирленбеген кезде қосымша орау полюстерінің пайда болуынан кейін жасушалар бөлінуінің қалыпты емес болуы. Ретинобластома протеинінің N терминалды метилирлеуінің қызметі белгісіз.

Табиғи өнім метилтрансферазалары

Табиғи өнім метилтрансферазалары (NPMT) - табиғи түрде өндірілген кіші молекулаларға метил топтарын қосатын ферменттердің әртүрлі тобы. Көптеген метилтрансферазалар сияқты SAM метил доноры ретінде пайдаланылады және SAH өндіріледі. Метил топтары S, N, O немесе C атомдарына қосылады және олардың қайсысы өзгергеніне қарай жіктеледі, O метилтрансферазалар ең үлкен класты білдіреді. Бұл реакциялардың метилирленген өнімдері кофакторларды, пигменттерді, сигналды қосылыстарды және метаболиттерді қоса алғанда, әр түрлі функцияларды атқарады. NPMT осы қосылыстардың реактивтілігін және қол жетімділігін өзгерту арқылы реттеуші рөл атқара алады. Бұл ферменттер әр түрлі түрлерде өте жоғары сақталмайды, өйткені олар түрлердегі немесе түрлердің кішігірім топтарында мамандандырылған жолдар үшін кіші молекулаларды қамтамасыз етуде нақтырақ функция атқарады. Бұл әртүрлілікті каталитикалық стратегиялардың алуан түрлілігі көрсетеді, соның ішінде жалпы қышқылдық-основтық катализа, металлдық-основтық катализа, сондай-ақ каталитикалық амин қышқылдарын қажет етпейтін жақындық және еріту әсерлері. NPMT - метилтрансферазалардың функционалдық жағынан ең әртүрлі класы. Адамда осы ферменттер класының маңызды мысалдары: норэпинефринді эпинефринге айналдыратын фенилетаноламин N метилтрансферазасы (PNMT) және гистамин метаболизмі процесінде гистаминді метилиттейтін гистамин N метилтрансферазасы (HNMT) бар. Катехоль O метилтрансфераза (COMT) допамин, эпинефрин және норепенеферинді қамтитын катхоламин деп аталатын молекулалар класын ыдыратады.

САМ-ға тәуелді емес метилтрансферазалар

Метанол, метил тетрагидрофолат, моно, ди, триметиламин, метантиол, метил тетрагидрометаноптерин және хлорометан - биологияда метил тобының доноры ретінде, әдетте кофакторлы В12 витаминін қолдана отырып ферменттік реакциялар кезінде кездесетін метил донорлары. Бұл субстраттар метилді беру жолдарына, соның ішінде метионин биосинтезіне, метаногенезге және ацетогенезге ықпал етеді.

Дәрілік препараттарды зерттеу мен әзірлеудегі қолдану

Соңғы жұмыс нәтижесінде метилдің орнына альтернативті алкил топтарын қамтитын S Аденозил метионин (SAM) аналогтарын пайдалану үшін табиғи түрде болатын қатерлі ісікке қарсы агенттерді метилдеуге қатысатын метилтрансферазалар анықталды. Дәрілік препараттарды табу және әзірлеу аясында дифференциалды алкильденген SAM аналогтарын өндіру және пайдалану үшін оңай химиоэнзимикалық платформаны әзірлеу алкил рандомизация деп аталады.

Қатерлі ісікке қарсы емдеуде қолдану

Адам жасушаларында m5C- нің қатерлі ісіктің аномальді жасушаларымен байланысы бар екені анықталды. m5C- нің рөлі мен әлеуетті қолдануы қатерлі ісік кезінде бұзылған ДНК- ні теңестіру үшін гиперметилдену мен гипометилденуді қамтиды. ДНК- ні эпигенетикалық жөндеу екі түрдегі қатерлі жасушаларда m5C мөлшерін өзгерту арқылы (гиперметилдену/ гипометилдену) және қатерлі жасушалардың ортасын өзгертіп, ісіктік жасушаларды тежейтін эквивалентті деңгейге жету үшін қолдануға болады.