Введение

Группа метилирующих ферментов Метилтрансферазы - это большая группа ферментов, которые все метилируют свои субстраты, но могут быть разделены на несколько подклассов на основе их структурных особенностей. Наиболее распространенным классом метилтрансфераз является I класс, все из которых содержат склад Россмана для связывания S-аденозилметионина (SAM). Метилтрансферазы класса II содержат домен SET, который иллюстрируется гистонными метилтрансферазами домена SET, и метилтрансферазами класса III, которые связаны с мембраной. Метилтрансферазы также могут быть сгруппированы как различные типы, использующие различные субстраты в метилтрансферных реакциях. Эти типы включают белковые метилтрансферазы, ДНК/РНК метилтрансферазы, метилтрансферазы природных продуктов и не зависящие от SAM метилтрансферазы. SAM является классическим метилодонором для метилтрансфераз, однако в природе встречаются примеры других метилодоноров. Общий механизм метилопередачи - это нуклеофильная атака, подобная SN2, где метионин-сер служит выходящей группой, а метильная группа, прикрепленная к ней, действует как электрофил, который переносит метильную группу на ферментную субстрат. В ходе этого процесса SAM превращается в S- аденозиловый гомоцистеин (SAH). Разрыв метильной связи SAM и образование метильной связи субстрата происходят почти одновременно. Эти ферментативные реакции встречаются во многих путях и связаны с генетическими заболеваниями, раком и метаболическими заболеваниями. Другой тип метилового переноса - это радикальный S Аденозил-метионин (SAM), который представляет собой метилирование неактивированных атомов углерода в первичных метаболитах, белках, липидах и РНК.

Генетика

Метилирование, а также другие эпигенетические модификации влияют на транскрипцию, стабильность генов и родительский отпечаток. Он напрямую влияет на структуру хроматина и может модулировать транскрипцию генов или даже полностью заставлять гены молчать или активировать их без мутации самого гена. Хотя механизмы этого генетического контроля сложны, гипо- и гиперметилирование ДНК связано со многими заболеваниями.

Гистонметилтрансферазы

Гистонметилтрансферазы имеют решающее значение для генетической регуляции на эпигенетическом уровне. Они модифицируют в основном лизин на ε азоте и аргинин гуанидиниевой группы на хвостах гистонов. Лизинметилтрансферазы и аргининметилтрансферазы являются уникальными классами ферментов, но оба связывают SAM в качестве метилодонора для своих гистонных субстратов. Аминокислоты лизина могут быть модифицированы одной, двумя или тремя метильными группами, в то время как аминокислоты аргинина могут быть модифицированы одной или двумя метильными группами. Это увеличивает прочность положительного заряда и гидрофобность остатка, позволяя другим белкам распознавать метильные следы. Эффект от этой модификации зависит от расположения модификации на хвосте гистона и других модификаций гистона вокруг него. Местонахождение модификаций может быть частично определено последовательностью ДНК, а также небольшими некодирующими РНК и метилированием самой ДНК. Чаще всего это гистон H3 или H4, который метилируется у позвоночных. Может возникать либо увеличение, либо уменьшение транскрипции генов вокруг модификации. Увеличение транскрипции является результатом уменьшения конденсации хроматина, в то время как уменьшение транскрипции является результатом увеличения конденсации хроматина. Метильные следы на гистонах способствуют этим изменениям, служа местами для привлечения других белков, которые могут дополнительно модифицировать хроматин.

N-концевые метилтрансферазы

N-альфа-метилтрансферазы переносят метильную группу из SAM на N-терминал азота на белковые мишени. N-терминал метионина сначала расщепляется другим ферментом, а последовательность консенсуса X-пролина-лизина распознается метилтрансферазой. Для всех известных субстратов, X аминокислота - это аланин, серин или пролин. Эта реакция дает метилированный белок и SAH. Известные мишени этих метилтрансфераз у людей включают RCC 1 (регулятор ядерных транспортных белков) и белок ретинобластомы (белок- супрессор опухоли, который ингибирует чрезмерное деление клеток). Метилирование RCC 1 особенно важно в митозе, поскольку оно координирует локализацию некоторых ядерных белков в отсутствие ядерной оболочки. Когда RCC 1 не метилируется, деление клеток происходит аномально после образования дополнительных полюсов шпинделя. Функция терминальной метилирования N-протеина ретинобластомы не известна.

Метилтрансферазы природных продуктов

Метилтрансферазы природных продуктов (NPMTs) - это разнообразная группа ферментов, которые добавляют метильные группы к естественным малым молекулам. Как и многие метилтрансферазы, SAM используется в качестве метилдонора и производится SAH. Метильные группы добавляются к атомам S, N, O или C и классифицируются по тому, какие из этих атомов модифицированы, причем O метилтрансферазы представляют собой самый большой класс. Метилированные продукты этих реакций выполняют различные функции, включая кофакторы, пигменты, сигнальные соединения и метаболиты. НПМТ могут играть регуляторную роль, изменяя реактивность и доступность этих соединений. Эти ферменты не очень консервативны в разных видах, поскольку они выполняют более специфическую функцию в обеспечении малых молекул для специализированных путей в видах или меньших группах видов. Отражающим это разнообразие является разнообразие каталитических стратегий, включая общий кислотно-базовый катализатор, катализатор на основе металла, а также эффект близости и растворения, не требующий каталитических аминокислот. НПМТ являются наиболее функционально разнообразным классом метилтрансфераз. Важными примерами этого класса ферментов у людей являются фенилетаноламино-Н метилтрансфераза (PNMT), которая преобразует норэпинефрин в эпинефрин, и гистамино-Н метилтрансфераза (HNMT), которая метилирует гистамин в процессе метаболизма гистамина. Катехоль-О метилтрансфераза (COMT) разрушает класс молекул, известных как катахоламины, которые включают дофамин, эпинефрин и норепенеферин.

Независимые от САМ метилтрансферазы

Метанол, метилтетрагидрофолат, моно, ди и триметиламин, метанэтиол, метилтетрагидрометаноптерин и хлорометан - все это метильные доноры, встречающиеся в биологии в качестве доноров метильной группы, обычно в ферментативных реакциях с использованием кофактора витамина В12. Эти субстраты способствуют металированию, включая биосинтез метионина, метаногенез и ацетогенез.

Применение в исследовании и разработке лекарственных средств

Недавние исследования показали, что метилтрансферазы, участвующие в метилировании естественных противораковых агентов, используют аналоги S-аденозилметионина (SAM), которые несут альтернативные алкильные группы в качестве замены метила. Разработка легкой химиоэнзимной платформы для генерации и использования дифференциально алкилированных аналогов SAM в контексте открытия и разработки лекарств известна как алкилорандомизация.

Применение в лечении рака

В клетках человека было обнаружено, что m5C связана с аномальными опухолевыми клетками при раке. Роль и потенциальное применение m5C включает в себя балансирование нарушенной ДНК при раке как гиперметилирования, так и гипометилирования. Эпигенетический ремонт ДНК может быть применен путем изменения количества m5C в обоих типах раковых клеток (гиперметилирование/ гипометилирование), а также окружающей среде раковых клеток, чтобы достичь эквивалентной точки для ингибирования опухолевых клеток.