HNMT

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Zusammenfassung

Betain-Homocystein-Methyltransferase (BHMT) ist eine Zn²⁺-abhängige Thiolmethyltransferase, die Homocysteinspiegel reguliert; deren Erhöhung gilt als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen. Der Großteil des Plasma-Homocysteins entsteht über den hepatischen Methioninzyklus, wobei BHMT etwa 25 % dieser nicht-proteinogenen Aminosäure metabolisiert. Dieser Prozess ermöglicht die Rückgewinnung eines der drei methylierten Äquivalente, die bei der Synthese von Phosphatidylcholin durch Methylierung verwendet werden. BHMT ist seit über 40 Jahren bekannt, jedoch wurden die bei ihrer Isolierung auftretenden Schwierigkeiten erst in jüngerer Zeit im Detail untersucht.

Einleitung

In den letzten Jahren hat Homocystein (Hcy) aufgrund seiner Rolle als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen große Aufmerksamkeit erlangt. Erhöhte Plasmaspiegel (tHcy) wurden zudem bei Erkrankungen wie Psoriasis, Niereninsuffizienz, Spina bifida, Alzheimer-Krankheit, kognitiven Beeinträchtigungen im Alter sowie ungünstigen Schwangerschaftsausgängen nachgewiesen. Tatsächlich können erhöhte tHcy-Spiegel bei 10–20 % der Normalbevölkerung infolge sowohl genetischer als auch nicht-genetischer Faktoren festgestellt werden. Da die Leber beim Menschen etwa 48 % des aufgenommenen Methionins verarbeitet, wurde vorgeschlagen, dass die Leber der Hauptregulator der tHcy-Spiegel ist. Hcy, eine nicht-proteinogene Thiolaminosäure, entsteht durch eine von der S‑Adenosylhomocystein-Hydrolase (SAHH) katalysierte Reaktion, die das durch S‑Adenosylmethionin (SAM)-abhängige Methylierungen gebildete S‑Adenosylhomocystein (SAH) in Hcy und Adenosin spaltet. Die Reaktion ist reversibel und begünstigt thermodynamisch die Synthese von SAH, einem potenten Inhibitor vieler Methylierungsreaktionen. Um den Spiegel dieses Inhibitors zu kontrollieren, muss die Eliminierung der Reaktionsprodukte mit deren Synthese koordiniert werden.

Abbildung 1. Homocysteinmetabolismus in der Leber (Pajares, M. A.; Pérez-Sala, D. 2006)

Das BHMT-Gen

Das BHMT-Gen umfasst 8 Exons und 7 Introns und ist beim Menschen auf den Chromosomen 5q13.1–5q15 lokalisiert. Eine BlastN-Suche ergab eine 61%ige Identität zwischen den Genen von Mensch und Maus. Die Analyse des 5'-Endes der genomischen DNA zeigte eine mögliche TATA-Box, die 26 bp bzw. 28 bp stromaufwärts der Transkriptionsinitiationsstelle der menschlichen bzw. murinen Gene liegt. Darüber hinaus befinden sich 5′ der humanen TATA-Box mutmaßliche Bindungsstellen für mehrere Transkriptionsfaktoren, darunter Sp1 (vier Stellen), Aktivatorprotein 2 (eine Stelle), leberspezifische bzw. leberangereicherte Faktoren HNF‑1, HNF‑3 und CAAT-Enhancer-Bindungsprotein, Homeobox 4c, 4d und 4e sowie Steroidrezeptoren. Dieser Bereich des Mausgens enthält mutmaßliche Sp1-, AP2-, AP4-, NF1-, GATA- und CCAAT-Stellen. Zwei zusätzliche Sp1-Stellen wurden in humanen Genen 3' der TATA-Box gefunden. Einige negative regulatorische Elemente liegen in der Region –1793/–1063, während kompensatorische Elemente in –3175/–1793 lokalisiert sind. Bei Zugabe von Methionin oder Ethionin zum HepG2-Medium wurde kein offensichtlicher Effekt beobachtet, wohingegen SAM die Aktivität reduzierte. Das SAM-Response-Element liegt bei –254/+1. Diese experimentellen Daten identifizieren jedoch lediglich mutmaßliche regulatorische Stellen, sodass vertiefende Untersuchungen zur Rolle dieser regulatorischen Elemente angezeigt sind.

Abbildung 2. BHMT-Struktur (Pajares, M. A.; Pérez-Sala, D. 2006)

Interaktionen von BHMT

Die außergewöhnlich hohe Abundanz von BHMT in der Leber sowie ihr Vorkommen in der Linse, die kein Betain produziert, weisen beide auf potenzielle Effekte in anderen Prozessen als der Methioninsynthese hin. Bislang wurden Interaktionspartner, darunter apoB-mRNA, Tubulin, Hepatitis-B-Virus (HBV) und Transglutaminase, durch Screening von cDNA-Expressions- und Yeast-Two-Hybrid-Bibliotheken, 2D-Gelelektrophorese und Immunpräzipitation identifiziert. Darüber hinaus wurden BHMT2 und BHMT-Fragmente in einem Screening auf Prionprotein (PrP) bzw. in autolysosomalen und lysosomalen Membranen gefunden; eine Bindung an Mikrotubuli wurde mittels Kolokalisierung durch konfokale Mikroskopie beobachtet, und es wurde ebenfalls eine Koassemblierung von BHMT mit Tubulin-Dimeren erzielt. Zudem modifizieren Transglutaminasen BHMT am C‑Terminus oder erzeugen quervernetzte 260‑ und 520‑kDa-Multimere. Da Fragmente, denen ein Teil des N‑Terminus fehlt, unterschiedliche Faltungsmuster annehmen können und daher möglicherweise unterschiedliche Funktionen aufweisen. Diese neue Faltung kann auch durch Bindung an Tubulin oder durch posttranslationale Modifikationen entstehen.