Введение
Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR) является лимитирующим ферментом в метиловом цикле и кодируется геном MTHFR. Метилентетрагидрофолатредуктаза катализирует превращение 5,10-метилентетрагидрофолата в 5-метилтетрагидрофолат, который является косубстратом для реметилирования гомоцистеина в метионин. Естественная вариабельность этого гена часто встречается у здоровых людей. Хотя сообщалось, что некоторые варианты влияют на предрасположенность к окклюзионным сосудистым заболеваниям, дефектам нервной трубки, болезни Альцгеймера и другим формам деменции, раку толстой кишки и острому лейкозу, результаты небольших ранних исследований не были воспроизведены. Некоторые мутации в этом гене связаны с дефицитом метилентетрагидрофолатредуктазы. Дефицит комплекса I, сопровождающийся рецессивным спастическим парапарезом, также связывают с вариантами MTHFR. Кроме того, аберрантная гиперметиляция промотора этого гена ассоциируется с мужским бесплодием и рецидивирующими самопроизвольными абортами.
Methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) is the rate limiting enzyme in the methyl cycle, and it is encoded by the MTHFR gene. Methylenetetrahydrofolate reductase catalyzes the conversion of 5,10 methylenetetrahydrofolate to 5 methyltetrahydrofolate, a cosubstrate for homocysteine remethylation to methionine. Natural variation in this gene is common in otherwise healthy people. Although some variants have been reported to influence susceptibility to occlusive vascular disease, neural tube defects, Alzheimer's disease and other forms of dementia, colon cancer, and acute leukemia, findings from small early studies have not been reproduced. Some mutations in this gene are associated with methylenetetrahydrofolate reductase deficiency. Complex I deficiency with recessive spastic paraparesis has also been linked to MTHFR variants. In addition, the aberrant promoter hypermethylation of this gene is associated with male infertility and recurrent spontaneous abortion.
Биохимия
На этапе метилцикла, лимитирующем скорость, MTHFR необратимо восстанавливает 5,10-метилентетрагидрофолат (субстрат) до 5-метилтетрагидрофолата (продукт). 5,10-метилентетрагидрофолат используется для превращения dUMP в dTMP при de novo синтезе тимидина. 5-метилтетрагидрофолат используется для превращения гомоцистеина (потенциально токсичной аминокислоты) в метионин ферментом метионинсинтазой. (Следует отметить, что гомоцистеин также может быть превращен в метионин ферментом бетаин-гомоцистеинметилтрансферазой (BHMT), не зависящим от фолиевой кислоты.) MTHFR содержит связанный флавиновый кофактор и использует NAD(P)H в качестве восстановителя.
Структура
МТГФР млекопитающих состоит из N-концевого каталитического домена и C-концевого регуляторного домена. MTHFR имеет как минимум два промотора и две изоформы (70 кДа и 77 кДа).
Регулирование
Активность MTHFR может быть ингибирована связыванием дигидрофолата (DHF) и S-аденозилметионина (SAM, или AdoMet). MTHFR также может быть фосфорилирован, что снижает его активность примерно на 20% и делает его более восприимчивым к ингибированию SAM.
Генетика
Энзим кодируется геном с символом MTHFR, расположенным на хромосоме 1 в локусе p36.3 у человека. Существуют варианты последовательности ДНК (генетические полиморфизмы), связанные с этим геном. В 2000 году было сообщено о 24 известных полиморфизмах. Два наиболее изученных – это однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) C677T (rs1801133) и A1298C (rs1801131). Хотя многочисленные опубликованные исследования выявили связь между этими SNP и широким спектром заболеваний, Американский колледж медицинской генетики опубликовал официальное руководство, рекомендующее не проводить тестирование и не сообщать о результатах анализа этих двух вариантов, поскольку "недавние метаанализы опровергли наличие связи между гипергомоцистеинемией и риском развития ишемической болезни сердца, а также между статусом полиморфизма MTHFR и риском развития венозной тромбоэмболии. Накапливаются данные, свидетельствующие о минимальной клинической значимости тестирования полиморфизма MTHFR."
A1298C SNP (Glu429Ala)
В нуклеотиде 1298 гена MTHFR возможны два варианта: A или C. 1298A (приводящий к образованию глутаминовой кислоты в аминокислоте 429) является наиболее распространенным, а 1298C (приводящий к замене на аланин в аминокислоте 429) – менее распространенным. 1298AA является "нормальной" гомозиготой, 1298AC – гетерозиготой, а 1298CC – гомозиготой по "вариантному" аллелю. В исследованиях рекомбинантной MTHFR человека белок, кодируемый аллелем 1298C, нельзя отличить от белка, кодируемого аллелем 1298A, по активности, термолабильности, высвобождению ФАД или защитному эффекту 5-метил-ТГФ. MTHFR A1298C может играть роль в развитии тяжелого депрессивного расстройства, либо служить прогностическим или диагностическим маркером, возможно, в сочетании с C677T.
Обнаружение полиморфизмов MTHFR
Разработан триплексный тетрапраймерный метод ARMS ПЦР для одновременного определения полиморфизмов C677T и A1298C, а также полиморфизма A66G MTRR в одной ПЦР-реакции.
Тяжелый дефицит MTHFR
Тяжелый дефицит MTHFR встречается редко (около 50 случаев во всем мире) и вызван мутациями, приводящими к сохранению 0–20% остаточной активности фермента. Исследование, проведенное среди китайских уйгуров, показало связь между полиморфизмом rs1801131 гена MTHFR и несиндромальным расщелином губы/подъязычной пластинки (nsCL/P) у этой популяции. Учитывая уникальные генетические и экологические особенности уйгурского населения, эти данные могут оказаться полезными при изучении патогенеза этого сложного заболевания.
Эпигенетика
Гиперметилирование аберрантного промотора MTHFR связано с мужским бесплодием. Более того, это нарушение эпигенетического механизма наблюдалось в образцах спермы бесплодных мужчин, состоящих в парах с анамнезом повторных самопроизвольных выкидышей. Нарушенное гиперметилирование промотора MTHFR может влиять на две важные функции метилирования ДНК в сперматогенетических клетках: процесс глобального метилирования генома и геномный импринтинг отцовских генов. Кроме того, гиперметилирование промотора гена MTHFR также связано с потерей метилирования гена H19 в образцах спермы бесплодных мужчин. Активная форма фолата, L-метилфолат, может быть подходящей целью для терапии состояний, связанных с полиморфизмами MTHFR.
Реакция и метаболизм
Общая реакция, катализируемая MTHFR, изображена справа. В реакции используется донор гидрида NAD(P)H и кофактор ФАД. Фермент E. coli проявляет выраженное предпочтение к донору NADH, в то время как фермент млекопитающих специфичен к NADPH.
Альтернативная медицина
С ростом популярности генетического тестирования, доступного напрямую потребителям, индустрия альтернативной медицины агрессивно продвигает ряд сомнительных тестов и высокодоходных шарлатанских методов лечения, связанных с предполагаемыми полиморфизмами MTHFR, несмотря на отсутствие каких-либо доказанных последствий этих мутаций для здоровья. Реклама добавок и других методов лечения полиморфизмов MTHFR, особенно в контексте расстройств аутистического спектра, расценивается как откровенное мошенничество. Тесты на MTHFR, несмотря на растущую популярность, как правило, не нужны, поскольку связь между мутациями гена MTHFR и различными заболеваниями не установлена в виде четкой причинно-следственной связи.