Estudio computacional de ADN-Metiltransferasas. Análisis del mecanismo epigenético de metilación del ADN.

Resumen

La presente Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de la familia de enzimas ADN-Metiltransferasas (ADN-MTasas) mediante la metodología de la Dinámica Molecular (MD) y la metodología híbrida Mecánica Cuántica/Mecánica Molecular (QM/MM). Las ADN-MTasas catalizan la transferencia de un grupo metilo a una base nucleica objetivo del ADN. La transferencia de metilo tiene lugar desde el cofactor, S-adenosil-Lmetionina (SAM), a una base adenina o citosina que forma parte de una secuencia específica de bases nucleicas que son reconocidas por la enzima. Mediante la metilación de las bases nucleicas se puede codificar nueva información de manera estable pero reversible, siendo posible ampliar el alfabeto clásico codificado en el ADN a sus derivados metilados. A esta información se la denomina información epigenética y posee importantes funciones biológicas. En la tesis doctoral se han obtenido los mecanismos de reacción con los perfiles de energía libre para un representante de todos subclases de ADN-MTasas que se conocen: N4, N6 y C5 ADN-MTasas. En las ADN-MTasas que metilan un nitrógeno exocíclico de una base citosina (N4-ADN-MTasa) o de una base adenina (N6-ADN-MTasa) la presencia, o no, de una base fuerte en el centro activo determina el mecanismo de reacción. La enzima N4-ADN-MTasa posee un aminoácido con características de base fuerte en el centro activo. El mecanismo de reacción procede primero a través de la desprotonación del nitrógeno exocíclico y después se transfiere el grupo metilo. También se estudió la promiscuidad que exhibe la enzima N4-ADN-MTasa hacia sustratos adenina obteniéndose un mecanismo análogo pero con mayores barreras energéticas. Para la enzima N6-ADN-MTasa se realizaron simulaciones de dinámica molecular clásicas donde se analizaron las interacciones más importantes que se establecen entre la enzima y el ADN, cómo se estabiliza la doble hebra de ADN al poseer la base adenina objetivo a metilar en el centro activo y las interacciones más importantes que se establecen en el centro activo enzimático. La N6-ADN-MTasa perteneciente a la subclase gamma no posee una base fuerte en el centro activo por lo que el mecanismo es un mecanismo por pasos donde la metilación precede a la abstracción protónica de la posición N6 de una adenina. También se estudiaron las subclases alfa y beta de N6-ADN-MTasas. En las variantes de enzimas N6-ADN-MTasas que en su centro activo poseen un aminoácido con características de base fuerte el mecanismo puede proceder también a través de la abstracción protónica en primer lugar. En las ADN-MTasas que metilan un carbono aromático de una base citosina del ADN (C5-ADN-MTasas) el mecanismo de reacción consiste en la activación de la posición C5 de la citosina mediante la adición de un residuo cisteína a la posición C6, la metilación del carbono C5 objetivo y un último paso donde se elimina el protón sobrante del ciclo de citosina mediante un paso de B-eliminación. Se ha estudiado con detalle las interacciones que tienen lugar entre estas enzimas y el ADN, las interacciones más importantes que se forman en el centro activo enzimático y cómo se estabiliza la estructura del ADN a través de simulaciones de dinámica molecular clásica para el complejo enzima, ADN y cofactor.