Metiltransferasa

La metilación, al igual que otras modificaciones epigenéticas , afecta la transcripción , la estabilidad génica y la impronta parental . ^{[ 2 ]} Impacta directamente la estructura de la cromatina y puede modular la transcripción génica, o incluso silenciar o activar genes por completo, sin que se produzca una mutación en el gen en sí. Si bien los mecanismos de este control genético son complejos, la hipo- e hipermetilación del ADN están implicadas en numerosas enfermedades.

La metilación de las proteínas desempeña un papel regulador en las interacciones proteína-proteína , las interacciones proteína-ADN y la activación de proteínas.

Ejemplos: RCC1 , una importante proteína mitótica , se metila para poder interactuar con los centrómeros de los cromosomas. Este es un ejemplo de regulación de la interacción proteína-proteína, ya que la metilación regula la unión de RCC1 a las proteínas histonas H2A y H2B . La interacción entre RCC1 y la cromatina también es un ejemplo de interacción proteína-ADN, puesto que otro dominio de RCC1 interactúa directamente con el ADN cuando esta proteína está metilada. Cuando RCC1 no está metilada, las células en división presentan múltiples polos del huso y, por lo general, no pueden sobrevivir.

La proteína p53 se metila en la lisina para regular su activación e interacción con otras proteínas en la respuesta al daño del ADN. Este es un ejemplo de regulación de las interacciones proteína-proteína y la activación proteica. La p53 es un supresor tumoral conocido que activa las vías de reparación del ADN , inicia la apoptosis y detiene el ciclo celular . En resumen, responde a las mutaciones en el ADN, indicándole a la célula que las repare o que inicie la muerte celular para que estas mutaciones no contribuyan al cáncer.

NF-κB (una proteína implicada en la inflamación) es un objetivo de metilación conocido de la metiltransferasa SETD6 , que desactiva la señalización de NF-κB al inhibir una de sus subunidades, RelA . Esto reduce la activación transcripcional y la respuesta inflamatoria , lo que convierte a la metilación de NF-κB en un proceso regulador mediante el cual se reduce la señalización celular a través de esta vía. ^{[ 3 ]}

Las metiltransferasas de productos naturales aportan diversos elementos a las vías metabólicas, como la disponibilidad de cofactores, moléculas de señalización y metabolitos. Esto regula diversas vías celulares mediante el control de la actividad proteica.

Las histona metiltransferasas son cruciales para la regulación genética a nivel epigenético . Modifican principalmente la lisina en el nitrógeno ε y el grupo guanidinio de la arginina en las colas de las histonas. Las lisina metiltransferasas y las arginina metiltransferasas son clases únicas de enzimas, pero ambas se unen a SAM como donador de metilo para sus sustratos de histonas . Los aminoácidos de lisina pueden modificarse con uno, dos o tres grupos metilo, mientras que los aminoácidos de arginina pueden modificarse con uno o dos grupos metilo. Esto aumenta la fuerza de la carga positiva y la hidrofobicidad del residuo , lo que permite que otras proteínas reconozcan las marcas de metilo. El efecto de esta modificación depende de su ubicación en la cola de la histona y de las demás modificaciones de histonas circundantes. La ubicación de las modificaciones puede estar parcialmente determinada por la secuencia de ADN, así como por pequeños ARN no codificantes y la metilación del propio ADN. Lo más común es que la histona H3 o H4 sea la que se metile en los vertebrados. Puede producirse un aumento o una disminución de la transcripción de los genes alrededor de la modificación. El aumento de la transcripción es consecuencia de una disminución de la condensación de la cromatina , mientras que la disminución de la transcripción resulta de un aumento de la condensación de la cromatina. ^{[ 4 ]} Las marcas de metilación en las histonas contribuyen a estos cambios al servir como sitios de reclutamiento de otras proteínas que pueden modificar aún más la cromatina. ^{[ 5 ]}

Las N-alfa metiltransferasas transfieren un grupo metilo de SAM al nitrógeno N-terminal de las proteínas diana. La metionina N-terminal es primero escindida por otra enzima y la secuencia consenso X- Prolina -Lisina es reconocida por la metiltransferasa. Para todos los sustratos conocidos, el aminoácido X es alanina , serina o prolina. Esta reacción produce una proteína metilada y SAH. Entre las dianas conocidas de estas metiltransferasas en humanos se incluyen RCC-1 (un regulador de las proteínas de transporte nuclear) y la proteína del retinoblastoma (una proteína supresora de tumores que inhibe la división celular excesiva). La metilación de RCC-1 es especialmente importante en la mitosis , ya que coordina la localización de algunas proteínas nucleares en ausencia de la envoltura nuclear . Cuando RCC-1 no está metilada, la división celular es anormal tras la formación de polos del huso adicionales . ^{[ 6 ]} Se desconoce la función de la metilación N-terminal de la proteína del retinoblastoma.

La metilación del ADN, un componente clave de la regulación genética, ocurre principalmente en el carbono 5 de la base citosina , formando 5'-metilcitosina (ver izquierda). ^{[ 7 ]} La metilación es una modificación epigenética catalizada por enzimas ADN metiltransferasas , incluyendo DNMT1, DNMT2 (renombrada TRDMT1 para reflejar su función de metilar el ARNt, no el ADN) y DNMT3. Estas enzimas usan S-adenosilmetionina como donador de metilo y contienen varias características estructurales altamente conservadas entre las tres formas; estas incluyen el sitio de unión de S-adenosilmetionina, un par prolina-cisteína vecinal que forma un anión tiolato importante para el mecanismo de reacción, y el bolsillo de unión del sustrato citosina. Muchas características de las ADN metiltransferasas están altamente conservadas en muchas clases de vida, desde bacterias hasta mamíferos. Además de controlar la expresión de ciertos genes , existen diversos complejos proteicos, muchos de ellos con implicaciones para la salud humana, que se unen únicamente a sitios de reconocimiento de ADN metilado . Se cree que muchas de las primeras ADN metiltransferasas derivan de ARN metiltransferasas que se supone que son activas en el mundo del ARN para proteger muchas especies de ARN primitivo. ^{[ 8 ]} La metilación del ARN se ha observado en diferentes tipos de especies de ARN, a saber , ARNm , ARNr , ARNt , ARNsno , ARNsn , ARNmi , ARNtm , así como especies de ARN viral. Las células emplean ARN metiltransferasas específicas para marcar estas especies de ARN según la necesidad y el entorno que prevalece alrededor de las células, lo que forma parte del campo llamado epigenética molecular . La 2'-O-metilación , la metilación m6A , la metilación m1G y la m5C son las marcas de metilación más comunes observadas en diferentes tipos de ARN.

6A es una enzima que cataliza la siguiente reacción química: ^{[ 9 ]}

S-adenosil-L-metionina + ADN adenina S-adenosil-L-homocisteína + ADN 6-metilaminopurina

La m6A se encontraba principalmente en procariotas hasta 2015, cuando también se identificó en algunos eucariotas. Las metiltransferasas m6A metilan el grupo amino del ADN en la posición C-6 específicamente para evitar que el sistema huésped digiera su propio genoma mediante enzimas de restricción. ^{[ 10 ]}

La m5C desempeña un papel en la regulación de la transcripción genética. Las transferasas de m5C son las enzimas que producen C5-metilcitosina en el ADN en la posición C-5 de la citosina y se encuentran en la mayoría de las plantas y algunos eucariotas. ^{[ 11 ]}

Las metiltransferasas de productos naturales (NPMT) constituyen un grupo diverso de enzimas que añaden grupos metilo a moléculas pequeñas producidas de forma natural. Al igual que muchas metiltransferasas, la SAM actúa como donante de metilo, generando SAH. Los grupos metilo se añaden a átomos de S, N, O o C, y se clasifican según el átomo que se modifica, siendo las O-metiltransferasas la clase más numerosa. Los productos metilados de estas reacciones desempeñan diversas funciones, como cofactores, pigmentos, compuestos de señalización y metabolitos. Las NPMT pueden ejercer una función reguladora al modificar la reactividad y la disponibilidad de estos compuestos. Estas enzimas no están altamente conservadas entre las diferentes especies, ya que cumplen una función más específica al proporcionar moléculas pequeñas para vías metabólicas especializadas en especies o grupos más pequeños de especies. Como reflejo de esta diversidad, se observa una variedad de estrategias catalíticas, que incluyen la catálisis ácido-base general , la catálisis basada en metales (archivado el 27/02/2014 en Wayback Machine) y los efectos de proximidad y desolvatación que no requieren aminoácidos catalíticos. Las NPMT son la clase de metiltransferasas con mayor diversidad funcional. ^{[ 12 ]}

Ejemplos importantes de esta clase de enzimas en humanos incluyen la feniletanolamina N-metiltransferasa (PNMT), que convierte la norepinefrina en epinefrina , ^{[ 14 ]} y la histamina N-metiltransferasa (HNMT), que metila la histamina en el proceso del metabolismo de la histamina. ^{[ 15 ]} La catecol- O -metiltransferasa (COMT) degrada una clase de moléculas conocidas como catecolaminas que incluyen dopamina , epinefrina y norepinefrina. ^{[ 16 ]}

El metanol , el tetrahidrofolato de metilo , la mono- , di- y trimetilamina , el metanotiol , la metiltetrahidrometanopterina y el clorometano son todos donantes de metilo que se encuentran en la biología como donantes de grupos metilo, típicamente en reacciones enzimáticas que utilizan el cofactor vitamina B12 . ^{[ 17 ]} Estos sustratos contribuyen a las vías de transferencia de metilo, incluyendo la biosíntesis de metionina , la metanogénesis y la acetogénesis .

Según las diferentes estructuras proteicas y mecanismos de catálisis, existen tres tipos distintos de metilasas SAM radicales (RS): Clase A, B y C. Las metilasas RS de Clase A son las mejor caracterizadas de las cuatro enzimas y están relacionadas con RlmN y Cfr. RlmN es ubicua en bacterias, donde mejora la fidelidad de la traducción, y cataliza la metilación del C2 de la adenosina 2503 (A2503) en el ARNr 23S y del C2 de la adenosina (A37). Por otro lado, Cfr también cataliza la metilación del C8 de A2503 y la metilación del C2. ^{[ 18 ]} La clase B es actualmente la clase más grande de metilasas SAM radicales que pueden metilar átomos de carbono con hibridación sp 2 y sp 3 en diferentes conjuntos de sustratos, a diferencia de la clase A que solo cataliza átomos de carbono con hibridación sp 2. La principal diferencia que distingue a la clase B de las demás es el dominio adicional de unión a cobalamina N-terminal que se une al dominio RS. ^{[ 19 ]} La metilasa de clase C tiene una secuencia homóloga con la enzima RS, la coproporfirinógeno III oxidasa (HemN), que también cataliza la metilación de centros de carbono con hibridación sp 2, pero carece de las 2 cisteínas requeridas para la metilación en el mecanismo de la clase A. ^{[ 18 ]}