HNMT

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Abstract

Betaine-Homocystein-Methyltransferase (BHMT) ist eine Zn²⁺-abhängige Thiolmethyltransferase, die die Homocysteinspiegel reguliert, deren Erhöhung als Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen gilt. Der größte Teil des Plasmahocysteins wird durch den Methioninzyklus in der Leber produziert, wo BHMT etwa 25 % dieser nicht-proteinogenen Aminosäure metabolisiert. Dieser Prozess ermöglicht die Rückgewinnung eines der drei methylisierten Äquivalente, die bei der Synthese von Phosphatidylcholin durch Methylierung verwendet werden. BHMT ist seit über 40 Jahren bekannt, aber die Schwierigkeiten bei seiner Isolation wurden erst kürzlich im Detail untersucht.

Einführung

In den letzten Jahren hat Homocystein (Hcy) aufgrund seiner Rolle als Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Erhöhungen der Plasmaspiegel (tHcy) wurden auch bei Erkrankungen wie Psoriasis, Niereninsuffizienz, Spina bifida, Alzheimer-Krankheit, kognitiven Beeinträchtigungen bei älteren Menschen und ungünstigen Schwangerschaftsergebnissen festgestellt. Tatsächlich können erhöhte tHcy-Spiegel bei 10-20 % der normalen Bevölkerung aufgrund genetischer und nicht-genetischer Faktoren nachgewiesen werden. Die Leber verarbeitet etwa 48 % des aufgenommenen Methionins beim Menschen, weshalb vorgeschlagen wurde, dass die Leber der Hauptregulator der tHcy-Spiegel ist. Hcy, eine nicht-proteinogene Thiolaminosäure, wird durch eine Reaktion erzeugt, die von der S-Adenosylhomocystein-Hydrolase (SAHH) katalysiert wird, die das durch S-Adenosylmethionin (SAM)-abhängige Methylierungen produzierte S-Adenosylhomocystein (SAH) in Hcy und Adenosin spaltet. Die Reaktion ist reversibel und thermodynamisch begünstigt die Synthese von SAH, einem starken Inhibitor vieler Methylierungsreaktionen. Um den Spiegel dieses Inhibitors zu kontrollieren, muss die Eliminierung der Reaktionsprodukte mit ihrer Synthese koordiniert werden.

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

Das BHMT-Gen

Das BHMT-Gen enthält 8 Exons und 7 Introns und befindet sich auf den Chromosomen 5q13.1-5q15 beim Menschen. Eine BlastN-Suche ergab eine Identität von 61 % zwischen menschlichen und Mausgenen. Die Analyse des 5'-Endes der genomischen DNA ergab eine mögliche TATA-Box, die 26 bp und 28 bp stromaufwärts des Transkriptionsstartpunkts der menschlichen und Mausgene liegt. Darüber hinaus befinden sich 5′ der menschlichen TATA-Box potenzielle Bindungsstellen für mehrere Transkriptionsfaktoren, darunter Sp1 (vier Stellen), Aktivatorprotein 2 (eine Stelle), leberspezifische oder leberangereicherte Faktoren HNF-1, HNF-3 und CAAT-enhancer-bindendes Protein, Homeobox 4c, 4d und 4e sowie Steroidrezeptoren. Dieser Bereich des Mausgens enthält potenzielle Sp1-, AP2-, AP4-, NF1-, GATA- und CCAAT-Stellen. Zwei zusätzliche Sp1-Stellen wurden in menschlichen Genen 3' der TATA-Box gefunden. Einige negative regulatorische Elemente befinden sich in dem Bereich von –1793/–1063, während kompensatorische Elemente in –3175/–1793 lokalisiert sind. Es wurde kein offensichtlicher Effekt bei der Zugabe von Methionin oder Ethionin zum HepG2-Medium beobachtet, während SAM die Aktivität reduzierte. Das SAM-Reaktionselement befindet sich bei –254/+1. Diese experimentellen Daten identifizieren jedoch nur potenzielle regulatorische Stellen, sodass umfassendere Studien zur Rolle dieser regulatorischen Elemente gerechtfertigt sind.

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

Interaktionen von BHMT

Die außergewöhnliche Häufigkeit von BHMT in der Leber und seine Präsenz in der Linse, die kein Betaine produziert, deuten beide auf seine potenziellen Auswirkungen in Prozessen außerhalb der Methioninsynthese hin. Bis heute wurden interagierende Partner, darunter apoB-mRNA, Tubulin, Hepatitis-B-Virus (HBV) und Transglutaminase, durch Screening von cDNA-Expressions- und Hefe-Zwei-Hybrid-Bibliotheken, 2D-Gelelektrophorese und Immunpräzipitation identifiziert. Darüber hinaus wurden BHMT2 und BHMT-Fragment in einem Prionprotein (PrP)-Screening und in autolysosomalen und lysosomalen Membranen gefunden, wobei die Bindung an Mikrotubuli durch Koinlokalisierung mittels konfokaler Mikroskopie beobachtet wurde, und die Co-Assemblierung von BHMT mit Tubulindimeren wurde ebenfalls erzielt. Darüber hinaus modifizieren Transglutaminasen BHMT an seinem C-Terminus oder erzeugen quervernetzte 260- und 520-kDa- multimere. Da die Fragmente, die einen Teil des N-Terminus fehlen, unterschiedliche Faltungsformen annehmen können und daher unterschiedlich funktionieren, könnte diese neue Faltung auch aus der Bindung an Tubulin oder posttranslationalen Modifikationen resultieren.