Метилтиотрансфераза - Methylthiotransferase

Метилтиотрансферазы ферменты радикальный S-аденозилметионин (коренное SAM) надсемейство. Эти ферменты катализируют добавление метилтио группы к различным биохимическим соединениям, включая тРНК и белки.[1] Метилтиотрансферазы классифицируются на один из четырех классов в зависимости от их субстратов и механизмов.[2] Было показано, что все метилтиотрансферазы содержат два кластера Fe-S, один канонический кластер и один вспомогательный кластер, которые функционируют как добавление метилтиогруппы к субстрату.[3]

Обзор

Метилтиотрансферазы, также известные как МТТазы, являются подмножеством радикала Фермент SAM надсемейство. Эти ферменты катализируют добавление метилтио группа к белку или субстрату тРНК.[1] Радикальный S-аденозилметионин ферменты, иначе известные как радикальный SAM Ферменты представляют собой металлопротеины, которые расщепляют S-аденозил-L-метионин на L-метионин и 5'-дезоксиаденозил 5'-радикал (5'-dA).[3] 5'-dA является промежуточным звеном в реакциях, катализируемых радикалами SAM. 5'-dA удаляет водород с подложки и позволяет присоединить другую группу к этому углероду на подложке.[3] Для завершения своих реакций всем радикальным SAM требуется восстановленный кластер [4Fe-4S], который обнаруживается через консервативный цистеин мотив, CX3CX2С.[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 сферах жизни, включая метаболизм и биосинтез многих кофакторов, используемых внутри клетки.[3]

Существует четыре известных класса метилтиотрансфераз; три класса участвуют в метилтиолировании тРНК, а один - 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 домен нехарактерного семейства белков 0004 (UPF0004), который содержит вспомогательный кластер Fe-S, центральный радикальный мотив SAM, содержащий центральный активный мотив Fe-S, и C-концевой домен «TRAM». считается, что он 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 предполагает, что этот вспомогательный кластер функционирует как прямой донор серы во время катализа или он функционирует для координации экзогенного источника серы для использования во время катализа.[4] В сравнительно хорошо изученной метилтиотрансферазе MiaB вспомогательный кластер, как полагают, непосредственно отдает серу метилтиогруппы во время катализа.[4]

Предлагаемый механизм

Метилтиотрансферазы катализируют присоединение метилтиогруппы к различным биохимическим продуктам. Перенос метилтио-групп - сложная реакция, требующая нескольких кластеров Fe-S. В предыдущей литературе предполагалось, что ферменты будут действовать последовательно, сначала добавляя серу к субстрату, а затем добавляя метильную группу, полученную из второй молекулы SAM.[5] Этот механизм не поддерживается недавними работами. В настоящее время исследования предполагают, что метильная группа из первой молекулы SAM переносится на серу во вспомогательном кластере [4Fe-4S] с образованием метилтиогруппы, которая затем передается продукту по радикальному механизму, которому способствует радикал 5'-dA промежуточный продукт, образующийся при расщеплении второй молекулы SAM.[4][6] Предлагаемые механизмы для MiaB и RimO немного различаются, при этом MiaB использует координированную серу в качестве метилтиогруппы.[4] и RimO, использующий внешнюю серу, присоединенную к уникальному атому железа в кластере, в качестве метилтиогруппы.[6] Несмотря на это различие, оба используют одни и те же основные принципы механизма; создать метилтиолированный промежуточный продукт, используя вспомогательный кластер [4Fe-4S], а затем добавить метилтиогруппу к субстрату.[4][6]

Известные примеры

Формирование [3Fe-4S]0 вспомогательный кластер MiaB через нуклеофильную атаку μ3-мостиковый сульфид. По материалам Zhang et al. 2020.

MiaB

MiaB представляет собой метилтиотрансфераза, которая завершает метилтиолирование модифицированного аденозин база, N6-изопентениладенозин до C2-метилтио-N6-изопентениладенозин в тРНК, который включает добавление метилтиогруппы к инактивированной связи C-H.[1][3][4] Модификация этого основания в тРНК усиливает связывание кодона с антикодоном и поддержание рамки считывания рибосомы во время трансляции мРНК в белок.[4] В отличие от других описанных здесь метилтиотрансфераз, 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

MtaB представляет собой метилтиотрансферазу, которая существует в бактериях, архее и эукариях, которая завершает метилтиолирование модифицированного аденозинового основания, N6-треонилкарбамоладенозина, в положении 37 тРНК, которые кодируют кодоны ANN на 2-метилтио-N6-треонилкарбамоиладенозин.[1][7] По сравнению с MiaB и RimO, MtaB гораздо менее изучен, но по-прежнему потенциально участвует в различных клеточных процессах. Одним из возможных применений изучения этой специфической МТТазы является то, что она кодируется геном CDKAL1 у людей, который, как известно, увеличивает снижение секреции инсулина при мутации или понижающей регуляции, что приводит к более высокому риску развития у человека диабета 2 типа.[1][7]

RimO

Механизм RimO катализируемое добавление метилтиогруппы к β-углероду аспартата. По материалам Landgraf et al. 2013.

RimO представляет собой метилтиотрансферазу, которая завершает метилтиолирование β-углерода остатка Asp88 рибосомальный Белок S12 в бактериях, в частности Кишечная палочка.[1][2] Эта МТТаза является первой идентифицированной для создания посттрансляционных модификаций, поскольку все другие ранее идентифицированные МТТазы модифицируют тРНК. Хотя RimO действует на субстрат, отличный от других классов МТТаз, первичная структура белка и механизм его действия относительно схожи.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я Ван, Цзяжуй; Уолдринг, Рори П .; Роман-Мелендес, Габриэль Д.; Макклейн, Алан М .; Альзуа, Брайан Р .; Марш, Э. Нил Г. (19 сентября 2014 г.). «Последние достижения в радикальной энзимологии SAM: новые структуры и механизмы». ACS Химическая биология. 9 (9): 1929–1938. Дои:10.1021 / cb5004674. ISSN  1554-8929. ЧВК  4168785. PMID  25009947.
  2. ^ а б c d е Ли, Кён-Хун; Салех, Лана; Антон, Брайан П .; Мэдинджер, Кэтрин Л .; Беннер, Джек С .; Ивиг, Дэвид Ф .; Робертс, Ричард Дж .; Кребс, Карстен; Букер, Сквайр Дж. (27.10.2009). "Характеристика RimO, нового члена подкласса метилтиотрансфераз радикального суперсемейства SAM". Биохимия. 48 (42): 10162–10174. Дои:10.1021 / bi900939w. ISSN  0006-2960. ЧВК  2952840. PMID  19736993.
  3. ^ а б c d е ж грамм Букер, Сквайр Дж. Чичилло, Роберт М; Гроув, Тайлер L (2007). «Самопожертвование в радикальных S-аденозилметиониновых белках». Современное мнение в области химической биологии. 11 (5): 543–552. Дои:10.1016 / j.cbpa.2007.08.028. ЧВК  2637762. PMID  17936058.
  4. ^ а б c d е ж грамм Чжан, Бо; Арчинас, Артур Дж .; Radle, Мэтью I .; Силаков Алексей; Букер, Сквайр Дж .; Кребс, Карстен (29 января 2020 г.). «Первый шаг в катализе радикальной S-аденозилметионинметилтиотрансферазы MiaB дает промежуточное соединение с [3Fe-4S] 0-подобным вспомогательным кластером». Журнал Американского химического общества. 142 (4): 1911–1924. Дои:10.1021 / jacs.9b11093. ISSN  0002-7863. ЧВК  7008301. PMID  31899624.
  5. ^ Fontecave, M .; Mulliez, E .; Атта, М. (21 марта 2008 г.). «Новый свет на реакции метилтиолирования». Химия и биология. 15 (3): 209–210. Дои:10.1016 / j.chembiol.2008.02.011. ISSN  1074-5521. PMID  18355719.
  6. ^ а б c Ландграф, Брэдли Дж .; Арчинас, Артур Дж .; Ли, Кён-Хун; Букер, Сквайр Дж. (2013-10-16). «Идентификация промежуточного метильного носителя в радикальных S-аденозилметионинметилтиотрансферазах RimO и MiaB». Журнал Американского химического общества. 135 (41): 15404–15416. Дои:10.1021 / ja4048448. ISSN  0002-7863. ЧВК  4023531. PMID  23991893.
  7. ^ а б Аррагейн, Саймон; Handelman, Samuel K .; Фоухар, Фархад; Вэй, Фань-Янь; Томидзава, Кадзухито; Хант, Джон Ф .; Дуки, Тьерри; Фонтекаве, Марк; Муллиес, Этьен; Атта, Мохамед (10 сентября 2010 г.). «Идентификация эукариотической и прокариотической метилтиотрансферазы для биосинтеза 2-метилтио-N 6 -реонилкарбамоладенозина в тРНК». Журнал биологической химии. 285 (37): 28425–28433. Дои:10.1074 / jbc.M110.106831. ISSN  0021-9258. ЧВК  2937867. PMID  20584901.