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.

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.