烟酰胺N-甲基转移酶催化甲基转移反应的溶剂抑制特征以及反同位素效应

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N-甲基烟酰胺转移酶(NNMT)是一种细胞质酶,其主要在肝脏和脂肪组织中表达。NNMT催化甲基从辅因子S-腺苷甲硫氨酸(SAM)到烟酰胺(NA)的转移,产生S-腺苷-L-高半胱氨酸(SAH)以及N-甲基烟酰胺(MEN)。NNMT表达异常通常会引发许多疾病,如癌症、神经性系统疾病类疾病、代谢类疾病等。因此,NNMT逐渐成为人们研究的靶点。目前的研究集中于酶结构学,结构类似物抑制剂等领域。据报道,DMSO是NNMT的竞争性抑制剂,但其抑制机理有待于研究。并且,在溶剂小分子如何影响酶活性方面,研究领域呈现一片空白。
  从SAH、NA以及NNMT的三元晶体结构来看,20位酪氨酸(Y20)位于辅因子SAH的硫原子上方,距离为3.4?。Y20的羟基与烟酰胺的芳香环以及SAH的羧基具存在相互作用力,并且该残基在底物识别和酶催化中都起着至关重要的作用。通过对20位酪氨酸进行定点突变,我们表征了野生型NNMT以及部分20位突变体的动力学参数,解释了20位酪氨酸残基上的酚羟基在甲基转移过程中发挥的重要作用。
  另外,我们利用NNMT(WT)以及NNMT(Y20F)作为探针,通过动力学方法研究了有机小分子(DMSO,甲醇和乙腈)和氘水对甲基转移反应的影响。所得数据显示小分子溶剂对野生型NNMT以及突变体活性的影响非常相似,即DMSO以及乙腈对甲基转移的竞争性抑制作用非常明显;甲醇对甲基转移抑制作用比较弱;当用重水代替反应液中的水时,催化活性反而增加,表现出了反同位素效应。
  除此之外,我们通过分子对接的方式来研究溶剂小分子与酶活性中心的相互作用,发现DMSO以及乙腈可以与底物以及辅因子竞争性结合从而抑制甲基化反应的进行。而甲醇与SAM以及底物之间的结合率较低,因此甲醇对酶活的抑制作用较弱。在本文中,我们发现了不同溶剂对酶活会产生不同的影响,其原因是有机小分子溶剂能进入酶活性中心,竞争性结合底物以及辅酶,或者影响酶的构象,从而影响催化反应的进行。此发现解释了溶剂小分子是如何影响酶活的问题,有助于了解蛋白质与外界的相互作用,同时对如何选择合适的溶剂来研究酶动力学也起到了指导性作用。
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