Jędrzejewski Mateusz 1,2, Pisklak Dariusz Maciej 1, Szeleszczuk Łukasz 1 [1] Wydział Farmaceutyczny, Warszawski Uniwersytet Medyczny [2] Centrum Nowych Technologii, Uniwersytet Warszawski Metylotransferazy są to enzymy odpowiedzialne za różne procesy biologiczne, w tym biosyntezę, ekspresję genów i modyfikacje potranslacyjne. Enzymy te katalizują reakcję, która polega na przeniesieniu grupy metylowej (CH3) z cząsteczki donora na substrat. Jednym z rodzajów metylotransferaz są metylotransferazy karboksylowe. Ta grupa enzymów wykorzystuje S-adenozylometioninę jako donora grupy metylowej i metyluje atom tlenu w kwasie karboksylowym. Wzrasta zainteresowanie wykorzystaniem tej grupy metylotransferaz jako biokatalizatorów w syntezie leków, ponieważ mogą one zastąpić toksyczne środki alkilujące. Aby przybliżyć tę problematykę, zbadaliśmy szczegóły molekularne aktywności katalitycznej metylotransferazy kwasu loganowego. Metylotransferaza kwasu loganowego (LAMT) jest metylotransferazą karboksylową z rodziny SABATH. Enzymy z tej rodziny są odpowiedzialne za modyfikację małych metabolitów wtórnych, takich jak kwas salicylowy i kwas jasmonowy. LAMT została po raz pierwszy wyizolowana z Catharanthus roseus, rośliny będącej źródłem dwóch leków przeciwnowotworowych, winkrystyny i winblastyny. LAMT bierze udział w biosyntezie tych leków, poprzez katalizowanie metylacji kwasu loganowego, w celu wytworzenia loganiny, prekursora winkrystyny i winblastyny. Badania wykazały, że LAMT wykazuje wysoką specyficzność substratową i ścisłą stereospecyficzność. Wykorzystując symulacje dynamiki molekularnej, zidentyfikowaliśmy reszty wiążące kwas loganowy. W strukturze krystalicznej LAMT, łańcuch boczny glutaminy 38 nie znajduje się w odległości wiązania wodorowego od grupy karboksylanowej, zaś w naszych symulacjach kwas loganowy tworzy wiązanie wodorowe z tą resztą. Ta obserwacja sugeruje, że GLN38 uczestniczy w wiązaniu i rozpoznawaniu substratu oraz wyjaśnia, dlaczego mutacja glutaminy do alaniny ma duży wpływ na aktywność LAMT. Wykorzystując obliczenia kwantowo-mechaniczne, pokazujemy, że konformacje białka uzyskane z dynamiki molekularnej są aktywne katalitycznie, a tworzenie wiązania wodorowego z resztą glutaminy jest energetycznie korzystne. Nasze obliczenia pokazują również, że tryptofan 163 biorący udział w wiązaniu substratu, może tworzyć wiązanie wodorowe z kwasem loganowym zarówno bezpośrednio, jak i z udziałem cząsteczki wody. Nasze wyniki dostarczają nowego spojrzenia na inżynierię nowych metylotransferaz o nowej specyficzności substratowej oraz na zastosowanie metod hybrydowych QM/MD w modelowaniu reakcji enzymatycznych. Podziękowania Praca została wykonana z wykorzystaniem Infrastruktury PL-Grid.