Метилтиотрансфераза

Метилтиотрансферазы — это ферменты суперсемейства радикального S-аденозилметионина (радикального SAM). Эти ферменты катализируют добавление метилтиогруппы к различным биохимическим соединениям, включая тРНК и белки. ^[1] Метилтиотрансферазы классифицируются по четырем классам на основе их субстратов и механизмов. ^[2] Было показано, что все метилтиотрансферазы содержат два кластера Fe-S, один канонический кластер и один вспомогательный кластер, которые оба функционируют при добавлении метилтиогруппы к субстрату. ^[3]

Метилтиотрансферазы, также известные как МТТазы, являются подмножеством суперсемейства радикальных ферментов SAM. Эти ферменты катализируют добавление метилтиогруппы либо к белку, либо к субстрату тРНК. ^[1] Радикальные ферменты S-аденозилметионина , также известные как радикальные ферменты SAM , являются металлопротеинами, которые расщепляют S-аденозил-L-метионин на L-метионин и 5'-дезоксиаденозил 5'-радикал (5'-dA). ^[3] 5'-dA является промежуточным продуктом в реакциях, катализируемых радикальными SAM. 5'-dA удаляет водород из субстрата и позволяет добавить другую группу к этому углероду на субстрате. ^[3] Для завершения своих реакций всем радикальным SAM требуется восстановленный кластер [4Fe-4S], который обнаруживается через консервативный мотив цистеина , CX ₃ CX ₂ C. ^[3] Радикальные SAM могут иметь один или несколько кластеров Fe-S. В этом случае метилтиотрансферазы имеют несколько кластеров. Радикальные SAM участвуют во многих клеточных процессах во всех трех областях жизни, включая метаболизм и биосинтез многих кофакторов, используемых внутри клетки. ^[3]

Существует четыре известных класса метилтиотрансфераз; три класса участвуют в метилтиолировании тРНК, а один участвует в метилтиолировании белков. ^[2] Все идентифицированные метилтиотрансферазы имеют два активных кластера Fe-S и три характерных домена внутри белка. ^{[1] [2]} Эти три структурных домена включают N-концевой неохарактеризованный домен семейства белков 0004 (UPF0004), который содержит вспомогательный кластер Fe-S, центральный радикальный мотив SAM, который содержит центральный активный мотив Fe-S, и C-концевой домен «TRAM», который, как полагают, участвует в распознавании субстрата. ^{[1] [2]} Из двух кластеров Fe-S центральный кластер связывает SAM, который используется для генерации 5'-dA, в то время как вспомогательный кластер имеет менее изученную функциональность. Большинство исследований предполагают, что этот вспомогательный кластер функционирует как прямой донор серы во время катализа или координирует экзогенный источник серы для использования во время катализа. ^[4] В сравнительно хорошо изученной метилтиотрансферазе MiaB вспомогательный кластер, как полагают, напрямую отдает серу метилтиогруппы во время катализа. ^[4]

Метилтиотрансферазы катализируют добавление метилтиогруппы к различным биохимическим продуктам. Перенос метилтиогрупп — сложная реакция, требующая нескольких кластеров Fe-S. В предыдущей литературе предполагалось, что ферменты будут функционировать последовательно, сначала добавляя серу к субстрату, а затем добавляя метильную группу, полученную из второй молекулы SAM. ^[5] Этот механизм не был поддержан недавними работами. Теперь исследования предполагают, что метильная группа из первой молекулы SAM переносится на серу внутри вспомогательного кластера [4Fe-4S] с образованием метилтиогруппы, которая затем переносится на продукт через радикальный механизм, которому способствует промежуточный радикал 5'-dA, полученный при расщеплении второй молекулы SAM. ^{[4] [6]} Предложенные механизмы для MiaB и RimO немного различаются, при этом MiaB использует координированную серу в качестве метилтиогруппы ^[4], а RimO использует внешнюю серу, присоединенную к уникальному атому железа внутри кластера в качестве метилтиогруппы. ^[6] Несмотря на это различие, оба используют одни и те же основные принципы механизма: создают метилтиолированный промежуточный продукт, используя вспомогательный кластер [4Fe-4S], а затем добавляют метилтиогруппу к субстрату. ^{[4] [6]}

MiaB — это метилтиотрансфераза, которая завершает метилтиолирование модифицированного основания аденозина , N ⁶ -изопентениладенозина, в C2-метилтио-N ⁶ -изопентениладенозина, в тРНК, что включает добавление метилтиогруппы к инактивированной связи CH. ^{[1] [3] [4]} Модификация этого основания в тРНК усиливает связывание кодона с антикодоном и поддержание рибосомальной рамки считывания во время трансляции мРНК в белок. ^[4] В отличие от других метилтиотрансфераз, описанных здесь, MiaB отдает серную группу для самого метилтиолирования вместо использования вторичного донора серы, а также завершает две SAM-зависимые реакции в пределах одного полипептида. ^[3]

MtaB — это метилтиотрансфераза, которая существует в бактериях, археях и эукариотах, которая завершает метилтиолирование модифицированного основания аденозина, N6-треонилкарбамоиладенозина, в позиции 37 тРНК, которые кодируют кодоны ANN для 2-метилтио-N6-треонилкарбамоиладенозина. ^{[1] [7]} По сравнению с MiaB и RimO, MtaB изучен гораздо меньше, но все еще потенциально участвует в различных клеточных процессах. Одним из потенциальных применений изучения этой специфической МТТазы является то, что она кодируется геном CDKAL1 у людей, который, как известно, увеличивает снижение секреции инсулина при мутации или подавлении, что приводит к более высокому риску развития у человека диабета 2 типа. ^{[1] [7]}

RimO — это метилтиотрансфераза, которая завершает метилтиолирование β-углерода остатка Asp88 рибосомального белка S12 в бактериях, в частности E. coli . ^{[1] [2]} Эта МТТаза является первой идентифицированной для создания посттрансляционных модификаций, поскольку все другие ранее идентифицированные МТТазы модифицируют тРНК. Хотя RimO действует на другой субстрат, чем другие классы МТТаз, первичная структура белка и механизм его действия относительно схожи. ^[1]

1. ^ abcdefghi Ван, Цзяруй; Вулдринг, Рори П.; Роман-Мелендес, Габриэль Д.; МакКлейн, Алан М.; Альзуа, Брайан Р.; Марш, Э. Нил Г. (2014-09-19). "Последние достижения в радикальной SAM-энзимологии: новые структуры и механизмы". ACS Chemical Biology . 9 (9): 1929– 1938. doi :10.1021/cb5004674. ISSN  1554-8929. PMC  4168785 . PMID  25009947.
2. ^ abcde Ли, Кёнг-Хун; Салех, Лана; Антон, Брайан П.; Мэдингер, Кэтрин Л.; Беннер, Джек С.; Айвиг, Дэвид Ф.; Робертс, Ричард Дж.; Кребс, Карстен; Букер, Сквайр Дж. (2009-10-27). "Характеристика RimO, нового члена подкласса метилтиотрансфераз радикального суперсемейства SAM". Биохимия . 48 (42): 10162– 10174. doi :10.1021/bi900939w. ISSN  0006-2960. PMC 2952840. PMID 19736993  . 
3. ^ abcdefg Букер, Сквайр Дж.; Чичилло, Роберт М.; Гроув, Тайлер Л. (2007). «Самопожертвование в радикальных белках S-аденозилметионина». Current Opinion in Chemical Biology . 11 (5): 543– 552. doi :10.1016/j.cbpa.2007.08.028. PMC 2637762. PMID  17936058 . 
4. ^ abcdefg Чжан, Бо; Арцинас, Артур Дж.; Рэдл, Мэтью И.; Силаков, Алексей; Букер, Сквайр Дж.; Кребс, Карстен (2020-01-29). «Первый шаг в катализе радикальной S-аденозилметионин метилтиотрансферазы MiaB дает промежуточный продукт с [3Fe-4S]0-подобным вспомогательным кластером». Журнал Американского химического общества . 142 (4): 1911– 1924. doi : 10.1021 /jacs.9b11093. ISSN  0002-7863. PMC 7008301. PMID  31899624. 
5. ^ Fontecave, M.; Mulliez, E.; Atta, M. (2008-03-21). «Новый свет на реакции метилтиолирования». Химия и биология . 15 (3): 209– 210. doi :10.1016/j.chembiol.2008.02.011. ISSN  1074-5521. PMID  18355719.
6. ^ abc Landgraf, Bradley J.; Arcinas, Arthur J.; Lee, Kyung-Hoon; Booker, Squire J. (2013-10-16). «Идентификация промежуточного метильного носителя в радикальных S-аденозилметионин метилтиотрансферазах RimO и MiaB». Журнал Американского химического общества . 135 (41): 15404– 15416. doi :10.1021/ja4048448. ISSN  0002-7863. PMC 4023531. PMID 23991893  . 
7. ^ ab Arragain, Simon; Handelman, Samuel K.; Forouhar, Farhad; Wei, Fan-Yan; Tomizawa, Kazuhito; Hunt, John F.; Douki, Thierry; Fontecave, Marc; Mulliez, Etienne; Atta, Mohamed (2010-09-10). "Идентификация эукариотической и прокариотической метилтиотрансферазы для биосинтеза 2-метилтио-N 6 -треонилкарбамоиладенозина в тРНК". Journal of Biological Chemistry . 285 (37): 28425– 28433. doi : 10.1074/jbc.M110.106831 . ISSN  0021-9258. PMC 2937867 . PMID  20584901.