Metiltiotransferasa

Las metiltiotransferasas son enzimas de la superfamilia de radicales S-adenosil metionina (radical SAM). Estas enzimas catalizan la adición de un grupo metiltio a varios compuestos bioquímicos, incluidos el ARNt y las proteínas. ^[1] Las metiltiotransferasas se clasifican en una de cuatro clases según sus sustratos y mecanismos. ^[2] Se ha demostrado que todas las metiltiotransferasas contienen dos grupos Fe-S, un grupo canónico y un grupo auxiliar, que funcionan en la adición del grupo metiltio al sustrato. ^[3]

Las metiltiotransferasas, también conocidas como MTTasas, son un subconjunto de la superfamilia de enzimas SAM radicales. Estas enzimas catalizan la adición de un grupo metiltio a un sustrato de proteína o ARNt. ^{[1] Las enzimas} S-adenosilmetionina radicales , también conocidas como enzimas SAM radicales , son metaloproteínas que escinden la S-adenosil-L-metionina en L-metionina y un radical 5'-desoxiadenosilo 5' (5'-dA). ^[3] El 5'-dA es un intermediario en las reacciones catalizadas por las SAM radicales. El 5'-dA elimina un hidrógeno del sustrato y permite la adición de otro grupo a ese carbono en el sustrato. ^[3] Para completar sus reacciones, todas las SAM radicales requieren un grupo [4Fe-4S] reducido, que se encuentra a través de un motivo de cisteína conservado, CX ₃ CX ₂ C. ^[3] Las SAM radicales pueden tener uno o varios grupos Fe-S. En este caso, las metiltiotransferasas tienen múltiples grupos. Las SAM radicales están involucradas en muchos procesos celulares en los tres dominios de la vida, incluido el metabolismo y la biosíntesis de muchos cofactores utilizados dentro de la célula. ^[3]

Existen cuatro clases conocidas de metiltiotransferasas; tres clases están involucradas en la metiltiolación de ARNts y una está involucrada en la metiltiolación de proteínas. ^[2] Todas las metiltiotransferasas identificadas tienen dos grupos activos de Fe-S y tres dominios característicos dentro de la proteína. ^{[1] [2]} Estos tres dominios estructurales incluyen un dominio N-terminal de la familia de proteínas no caracterizadas 0004 (UPF0004) que contiene el grupo auxiliar de Fe-S, un motivo central radical SAM que contiene el motivo central activo de Fe-S y un dominio "TRAM" C-terminal que se cree que está involucrado en el reconocimiento del sustrato. ^{[1] [2]} De los dos grupos de Fe-S, el grupo central se une al SAM que se utiliza para generar el 5'-dA mientras que el grupo auxiliar tiene una funcionalidad menos estudiada. La mayoría de las investigaciones sugieren que este grupo auxiliar funciona como el donante directo del azufre durante la catálisis o funciona para coordinar una fuente exógena de azufre para su uso durante la catálisis. ^[4] En la metiltiotransferasa MiaB, comparativamente bien estudiada, se cree que el grupo auxiliar dona directamente el azufre del grupo metiltio durante la catálisis. ^[4]

Las metiltiotransferasas catalizan la adición de un grupo metiltio a varios productos bioquímicos. La transferencia de grupos metiltio es una reacción complicada que requiere múltiples grupos Fe-S. La literatura anterior propuso que las enzimas funcionarían secuencialmente, primero agregando un azufre al sustrato y luego agregando un grupo metilo derivado de la segunda molécula SAM. ^[5] Este mecanismo no ha sido respaldado por trabajos recientes. Los estudios actuales proponen que un grupo metilo de la primera molécula SAM se transfiere a un azufre dentro del grupo auxiliar [4Fe-4S] para formar un grupo metiltio que luego se transfiere al producto a través de un mecanismo radical facilitado por el intermediario radical 5'-dA producido a partir de la escisión de la segunda molécula SAM. ^{[4] [6]} Los mecanismos propuestos para MiaB y RimO difieren ligeramente, ya que MiaB usa un azufre coordinado como el grupo metiltio ^[4] y RimO usa un azufre externo unido al átomo de hierro único dentro del grupo como el grupo metiltio. ^[6] A pesar de esta diferencia, ambos utilizan los mismos principios básicos para el mecanismo: crear un intermedio metiltiolado utilizando el grupo auxiliar [4Fe-4S] y luego agregar el grupo metiltio al sustrato. ^{[4] [6]}

MiaB es una metiltiotransferasa que completa la metiltiolación de una base de adenosina modificada , N ⁶ -isopentenil adenosina a C2-metiltio-N ⁶ -isopentenil adenosina, en ARNt, lo que implica la adición de un grupo metiltio a un enlace CH inactivado. ^{[1] [3] [4]} La modificación de esta base en ARNt mejora la unión codón-anticodón y el mantenimiento del marco de lectura ribosómico durante la traducción de un ARNm en proteína. ^[4] A diferencia de las otras metiltiotransferasas descritas aquí, MiaB dona el grupo azufre para la metiltiolación en sí misma en lugar de utilizar un donante de azufre secundario y también completa dos reacciones dependientes de SAM dentro de un solo polipéptido. ^[3]

La MtaB es una metiltiotransferasa que existe en bacterias, arqueas y eucariotas y que completa la metiltiolación de la base de adenosina modificada, N6-treonilcarbamoiladenosina, en la posición 37 de los ARNt que codifican los codones ANN para 2-metiltio-N6-treonilcarbamoiladenosina. ^{[1] [7]} En comparación con MiaB y RimO, la MtaB es mucho menos estudiada, pero aún está potencialmente involucrada en varios procesos celulares. Una posible aplicación del estudio de esta MTASA específica es que está codificada por el gen CDKAL1 en humanos, que se sabe que aumenta la reducción de la secreción de insulina cuando está mutada o regulada a la baja, lo que conduce a un mayor riesgo de que la persona desarrolle diabetes tipo 2. ^{[1] [7]}

RimO es una metiltiotransferasa que completa la metiltiolación del carbono β del residuo Asp88 de la proteína ribosomal S12 en bacterias, específicamente E. coli . ^{[1] [2]} Esta MTTasa es la primera identificada que crea modificaciones postraduccionales, ya que todas las demás MTTasas identificadas anteriormente modifican los ARNt. Aunque RimO actúa sobre un sustrato diferente al de las otras clases de MTTasas, la estructura primaria de la proteína y el mecanismo detrás de su acción son relativamente similares. ^[1]

1. ^ abcdefghi Wang, Jiarui; Woldring, Rory P.; Román-Meléndez, Gabriel D.; McClain, Alan M.; Alzua, Brian R.; Marsh, E. Neil G. (19 de septiembre de 2014). "Avances recientes en la enzimología radical SAM: nuevas estructuras y mecanismos". ACS Chemical Biology . 9 (9): 1929–1938. doi :10.1021/cb5004674. ISSN  1554-8929. PMC  4168785 . PMID  25009947.
2. ^ abcde Lee, Kyung-Hoon; Saleh, Lana; Anton, Brian P.; Madinger, Catherine L.; Benner, Jack S.; Iwig, David F.; Roberts, Richard J.; Krebs, Carsten; Booker, Squire J. (27 de octubre de 2009). "Caracterización de RimO, un nuevo miembro de la subclase de metiltiotransferasa de la superfamilia SAM radical". Bioquímica . 48 (42): 10162–10174. doi :10.1021/bi900939w. ISSN  0006-2960. PMC 2952840 . PMID  19736993. 
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4. ^ abcdefg Zhang, Bo; Arcinas, Arthur J.; Radle, Matthew I.; Silakov, Alexey; Booker, Squire J.; Krebs, Carsten (29 de enero de 2020). "El primer paso en la catálisis de la radical S-adenosilmetionina metiltiotransferasa MiaB produce un intermediario con un grupo auxiliar similar a [3Fe-4S]0". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 142 (4): 1911–1924. doi :10.1021/jacs.9b11093. ISSN  0002-7863. PMC 7008301 . PMID  31899624. 
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