Изучение ферментативной системы аминопропилирования микроцина С Escherichia coli. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат наук Куликовский Алексей Дмитриевич

• Куликовский Алексей Дмитриевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Куликовский Алексей Дмитриевич

Список сокращений и условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Цели и задачи исследования

Научная новизна. Теоретическая и практическая значимость работы

Методология и методы исследования

Положения, выносимые на защиту

Степень достоверности и апробация результатов

Личное участие автора в проведении исследований

Структура и объем работы

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. S-аденозил-Ь-метионин

1.2. Биосинтез SAM

1.3. Стереоизомерия молекулы SAM

1.4. SAM в трансферазных реакциях

1.4.1. Механизмы SAM-зависимых трансферазных реакций S^-rara

1.4.2. SAM-зависимое алкилирование гетероатомов

1.4.3. SAM-зависимое С-алкилирование по ионному механизму

1.4.4. SAM-радикальные реакции

1.5. Классификация SAM-зависимых белков

1.6. Структура SAM-связывающих белков

1.6.1. a/ß укладки SAM-зависимых ферментов

7^-тяжеваяукладка Россманна (SAM-зависимые метилтрансферазы класса I)

Россманн-подобная укладка у SPOUT-семейства метилтрансфераз

a/ß укладка SAM-зависимых дезоксиаденозин трансфераз

SAM-зависимые уропорфириноген III метилтрансферазы (SUMT)

1.6.2. Связывание SAM в структурах с ß-бочонками

SAM-радикальные ферменты

Каталитический домен SAM-связывающего QueA в виде TIM-бочонка

1.6.3. SAM-связывающие укладки с двойной Р-поверхностью

SAM-декарбоксилазный домен

SET домен

Укладка SAM синтетазы

1.6.4. SAM-связывающие домены, появившиеся из доменов с другой субстратной специфичностью

PLP-зависимые трансферазы

AHL синтаза

MetJ repressor

CBS-домены

1.6.5. Мембранные SAM-зависимые белки. Семейство изопренилцистеин-карбоксил-метилтрансфераз

1.7. SAM как донор химических групп

1.7.1. SAM как донор метильной группы

1.7.2. Метилирование ДНК

1.7.3. Метилирование РНК

1.7.4. SAM-зависимое метилирование белков

Лизиновые метилтрансферазы

Аргининовые метилтрансферазы

N-концевое (Nt) метилирование белков

Метилирование изоаспартатных остатков. SAM-зависимаярепарация белков

Метилирование изопренилцистеинов

Метилирование С-концевого лейцина по карбоксильной группе

1.7.5. SAM как источник метиленовой группы

1.7.6. SAM как донор аминогруппы

1.7.7. SAM как источник рибозильной группы

1.7.8. SAM как источник карбоксиаминопропильной группы

1.7.9. SAM как источник 5' -дезоксиаденозильной группы

1.8. Предполагаемая SAM-зависимая метилтрансфераза в биосинтетическом кластере микроцина С

2. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Материалы

2.1.1. Штаммы

2.1.2. Питательные среды

2.1.3. Антибиотики и индукторы

2.1.4. Плазмиды

2.2. Методы

2.2.1. ПЦР

2.2.2. Электрофорез ДНК в агарозном геле

2.2.3. Электрофорез белков в денатурирующем полиакриламидном геле (ПААГ)

2.2.4. Сайт-направленный мутагенез

2.2.5. Выделение плазмидной ДНК

2.2.6. Расщепление ДНК эндонуклеазами рестрикции

2.2.7. Лигирование ДНК

2.2.8. Очистка ДНК-фрагментов

2.2.9. Приготовление компетентных клеток E. coli

2.2.10. Трансформация E. coli

2.2.11. Нокаут гена mtn в E. coli по методу Даценко-Уоннера

2.2.12. Выделение и очистка рекомбинантного белка

2.2.13. Реакции in vitro

2.2.14. Выделение и очистка McC и микроцин-С-подобных соединений

2.2.15. Приготовление клеточного лизата S30

2.2.16. Реакция ингибирования Asp-RS in vitro в лизатах клеток

2.2.17. Масс-спектрометрический анализ

2.2.18. Тест на биологическую активность in vivo к различным формам McC

2.2.19. Фракционирование лизата E. coli BW28357 для поиска высокомолекулярного дополнительного фактора для реакции MccD

2.2.20. Реакции копреципитации

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Функция белка MccD и C-концевого домена MccE, кодируемых биосинтетическим кластером McC

3.1.1. Характеристика генов mccD и mccE

3.1.2. Исследование активности белков MccD и MccE in vitro

3.1.3. Исследование продуктов MccD/MccE-завиотмой модификации McC1120 с помощью тандемной масс-спектрометрии

3.1.4. SAM как субстрат белка MccD и донор ACP-группы для модификации микроцина

3.1.5. Идентификация дополнительного фактора, необходимого для активности белка MccD

3.2. Особенности аминокарбоксипропилированной формы McC1221

3.2.1. Образование аминокарбоксипропилированной формы McC1221 in vivo

3.2.2. Биологическая активность интермедиатной формы McC1221 in vitro

3.3. Структурные и каталитические особенности белка MccD

3.3.1. Роль нуклеозидазной активности Mtn в реакции модификации McC1120 ACP-группой

3.3.2. Образование субстрат-продуктного комплекса белком MccD при инкубировании с субстратами в отсутствие белка Mtn

3.3.3. Обратная реакция MccD

3.3.4. Присутствие Mtn способствует разрушению фермент-продуктного комплекса MccD

3.3.5. Структурные данные по белку MccD

3.3.6. Сайт-направленный мутагенез белка MccD

3.4. Получение новых антибактериальных производных пептид-нуклеотидных соединений с помощью белков MccD и MccE E. coli

3.4.1. Аминопропилирование гетерологичных MccA-подобных аденилированных

пептидов белками MccD, MccE и Mtn E. coli

3.4.2. Аминопропилирование гетерологичных McC-подобных пептидил-цитидилатов белками MccD, MccE и Mtn E. coli

3.4.3. Аминопропилирование полусинтетических пептид-аденилатов на основе MccA с удлиненной N-концевой частью

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список сокращений и условных обозначений

[C14]-Asp - радиоактивно меченый (все атомы углеродов являются изотопами C14) аспартат

5'-dA^ - 5'-дезоксиаденозильный радикал

ACC - 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат

ACP - 3-амино-3-карбоксипропильная группа

AHL - N-ацил-гомосеринлактон

Ap - 3-аминопропильная группа

AspRS - аспартиловая тРНК-синтетаза

Bam - Bacillus amyloliquefaciens

DAPA - 7,8-диаминопеларгоновая кислота

Eco - Escherichia coli

f - формильная группа

Fe-S - железосерный

ICMT - изопренилцистеин-карбоксил-метилтрансфераза LCMT-1 - лейцин карбоксил метилтрансфераза 1 LUCA - последний общий предок всех организмов m/z - отношение массы к заряду

MBP - мальтоза-связывающий белок; фьюжн-домен, используемый для аффинной

хроматографии

McC - микроцин С

McC1092 - деформилированный гептапептид аденилат (MRTGNAD-АМФ)

McC1120 - N-формилированный гептапептид аденилат (MRTGNAD-АМФ)

McC1149 - деформилированный гептапептид-аденилат (MRTGNAD-АМФ) с

присоединенной по фосфату аминопропильной группой

McC1177 - N-формилированный гептапептид-аденилат (MRTGNAD-АМФ) с

присоединенной по фосфату аминопропильной группой

McC1193 - N-формилированный гептапептид-аденилат (MRTGNAD-АМФ) с

присоединенной по фосфату 3-амино-3-карбоксипропильной группой

McC1221 - N-формилированный гептапептид-аденилат (MRTGNAD-АМФ) с

присоединенной по фосфату 3-амино-3-карбоксипропильной группой

MccEctd - C-концевой домен белка MccD E. coli

MccEntd - N-концевой домен белка MccE E. coli

mcc-кластер - кластер генов биосинтеза микроцина С и обеспечения устойчивости к нему

MTA - 5'-метилтиоаденозин

Mtn - 5'-метилтиоаденозин^-аденозилгомоцистеин нуклеозидаза Nt - N-концевой

NTMT - протеин Nt-метилтрансфераза

PIMT - протеин L-изоаспартат/D-аспартат O-метилтрансфераза PLP - пиридоксальфосфат

RiPP - рибосомно синтезированные посттрансляционно модифицированные пептиды

S30 клеточный лизат - центрифугированный на 30000g лизат клеток

SAH - S-аденозилгомоцистеин

SAM - S-аденозин-L-метионин

SAMDC - SAM-зависимые декарбоксилаза

SUMT - SAM-зависимые уропорфириноген III метилтрансфераза

TIM - триозофосфатизомеразный

wt - дикий тип

Yps - Yersinia pseudotuberculosis yW - вайбутозин

АТФ (АМФ) - аденозинтрифосфат (аденозинмонофосфат)

ВОЗ - всемирная организация здравоохранения

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

ГТФ (ГМФ) - гуанозинтрифосфат (гуанозинмонофосфат)

МС/МС - тандемный МАЛДИ масс-спектрометрический анализ

тРНК^Р - аспартиловая тРНК

тРНК^ - фенилаланиновая тРНК

УТФ (УМФ) - уридинтрифосфат (уридинмонофосфат)

ЦЖК - циклопропановые жирные кислоты

ЦТФ (ЦМФ) - цитидинтрифосфат (цитидинмонофосфат)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение ферментативной системы аминопропилирования микроцина С Escherichia coli.»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Значительные успехи использования антибиотиков в медицине привели к частому и повсеместному их применению. Огромное количество антимикробных препаратов, помимо медицины человека, используется в животноводстве и аквакультуре, так, например, в США и Китае в животноводстве применяется большая часть производимых антибиотиков [1], и лишь совсем недавно в ряде стран было запрещено широкое использование антимикробных веществ в качестве стимулятора роста для скота. Значительные количества антибиотиков вместе со стоками от водоочистительных станций, промышленности, медицины и животноводческих ферм скапливаются в водных ресурсах, которые становятся резервуарами для накопления антибиотиков и генов устойчивости к ним [2-4]. Сами по себе гены устойчивости не являются продуктом эры антимикробных препаратов [5], однако возрастающая интенсивность использования антибиотиков вместе с отсутствием надлежащего контроля за их применением ведет к ускоряющемуся распространению этих генов и их накапливанию в окружающей среде [6-8]. С помощью мобильных генетических элементов гены устойчивости к антибиотикам способны передаваться между микроорганизмами, в том числе от неопасных бактерий к патогенным микроорганизмам [911].

В результате статистического учета, недавно проведенного в США, было показано, что ежегодно около 2 млн людей подвергаются инфекции со стороны штаммов патогенов с множественной устойчивостью [12]. При этом согласно вышедшему в 2016 г обзору по антимикробной устойчивости под редакцией O'Neill количество летальных исходов в результате устойчивых к антибиотикам инфекций во всем мире оценивается в 700 тысяч случаев в год [13].

В 2017 году ВОЗ опубликовала список из 12 опасных для здоровья человека и устойчивых к действию антибиотиков патогенов, к которым в порядке первостепенного приоритета рекомендуется искать новые противомикробные препараты. Большую часть этого списка составили грамотрицательные бактерии, устойчивые к действию сразу нескольких антибиотиков, а именно: Acinetobacter, Pseudomonas и различные виды семейства Enterobacteriaceae (включая Klebsiella, E. coli, Serratia и Proteus). Перечисленные микроорганизмы обладают устойчивостью к карбапенемам и цефалоспоринам третьего

поколения - наиболее эффективным веществам, использующимся для борьбы с инфекциями с множественной устойчивостью. Также в список были включены Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Shigella spp., Streptococcus pneumoniae.

Возрастающая с каждым годом сложность поиска принципиально новых соединений для решения проблемы распространяющейся устойчивости к антибиотикам заставляет искать альтернативные пути. Одним из них является разработка полусинтетических соединений на основе уже имеющихся данных о биоактивных веществах. В основе таких разработок лежит знание о биосинтетических путях, роли отдельных генов в кластерах биосинтеза антибиотиков, их мишенях, механизме действия и устойчивости к ним.

В данной работе исследуется строение и функции некоторых белков, закодированных в генном кластере микроцина С (McC) - пептидного антибиотика, ингибирующего аспартиловую-тРНК-синтетазу. Способность синтезировать McC впервые была обнаружена у некоторых представителей семейства Enterobacteriaceae (представители которого входят в список ВОЗ опасных патогенов с устойчивостью), причем было показано, что McC проявляет биологическую активность по отношению к близкородственным штаммам бактерий [14]. В результате анализа геномов различных бактерий, проведенного нашей исследовательской группой, присутствие гомологичных mcc-оперонов было обнаружено у широкого спектра штаммов микроорганизмов, включающего грамположительные, грамотрицательные и цианобактерии [15]. Помимо ряда организмов из семейства Enterobacteriaceae mcc-опероны были обнаружены у таких родственных организмам из списка ВОЗ штаммов, как Acinetobacter sp. NIPH 758, Enterococcus faecalis ATCC 4200, Serratia fonticola strain GS2, Serratia plymuthica strain 3Re4-18, Pseudomonas sp. CHM02, Staphylococcus delphini, Streptococcus equinus JB1, Streptococcus gallolyticus strain ICDDRB-NRC-S3, Streptococcus thermophilus LMD-9.

Цели и задачи исследования

Целью данной работы было 1) изучение функций и структуры белка MccD и функций N-концевого домена белка MccE, закодированных в биосинтетическом кластере McC E. coli, 2) создать in vitro систему аминопропилирования, проверить ее способность к аминопропилированию McC-подобных производных соединений и 3) изучить влияние присоединения аминопропильной группы на биологическую активность McC-подобных производных соединений.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить функцию белка MccD и N-концевого домена MccE.

2. Определить биосинтетический путь созревания McC из пептид-аденилатной формы.

3. Изучить структурные и каталитические особенности белка MccD.

4. На основе белков MccD и MccE издать ферментативную систему in vitro аминопропилирования.

5. Исследовать субстратную специфичность ферментов MccD и MccE и возможность использовать их в процессе биосинтеза полусинтетических McC-подобных соединений.

6. Изучить влияние аминопропильной группы на биологическую актвность McC-подобных производных и полусинтетических соединений.

Научная новизна. Теоретическая и практическая значимость работы

В работе был впервые показан механизм аминопропилирования у пептидных антибиотиков. Было продемонстрировано, что аминопропилирование идет в два этапа: перенос 3-амино-3-карбоксипропильной (ACP) группы с молекулы SAM на фосфороамидатную группу незрелого McC и последующее декарбоксилирование промежуточного соединения. SAM-зависимый перенос ACP группы является редким типом реакции, встречающимся в небольшом числе специфичных путей биосинтеза модифицированных оснований тРНК и вторичных метаболитов.

Кроме того, был продемонстрирован необычный механизм катализа MccD, которому для работы необходимо присутствие белка-партнера Mtn, осуществляющего расщепление метилтиоаденозина (MTA) - побочного продукта, получающегося в результате отщепления от молекулы SAM переносимой ACP-группы белком MccD. Было показано, что в отсутствие Mtn белок MccD способен осуществлять только один каталитический шаг, и для многократного поворота фермента MccD необходим активный Mtn.

Впервые также была обнаружена и охарактеризована новая форма McC-производного соединения - аминокарбоксипропилированный по фосфату пептидил-аденилат.

Впервые была получена структура SAM-зависимой ACP-трансферазы, участвующей в биосинтезе антибиотка класса RiPP.

Наконец, на основе полученных знаний нами была создана система in vitro аминопропилирования, которая позволила успешно модифицировать различные

производные микроцинового пептида-предшественника, микроциновые пептиды-предшественники из других организмов, и показать увеличение биоактивности полученных модифицированных соединений.

Полученные в работе данные и системы in vitro биомодификации могут быть использованы в дальнейшем для разработки полусинтетических пептидил-нуклеотидных антибиотиков.

Методология и методы исследования

Работа произведена с использованием современных методов молекулярной биологии, микробиологии и биохимии и с применением современных лабораторных инструментов (жидкостный хроматограф высокого давления, быстрый белковый жидкостный хроматограф (FPLC), УФ спектрофотометр Nanodrop 2000, центрифуги и другие). Среди применявшихся в работе методов можно выделить следующие: полимеразная цепная реакция, молекулярное клонирование, трансформация бактериальных штаммов, выделение и очистка плазмидной и геномной ДНК, электрофорез нуклеиновых кислот в агарозном геле, электрофорез белков, продукция и очистка рекомбинантных белков, методы белковой копреципитации, методы нокаутирования генов, микробиологические методы работы с бактериальными культурами, методы анализа с помощью жидкостной хроматографии высокого давление (ВДЖХ), масс-спектрометрии и другие.

Положения, выносимые на защиту

1. Реакция аминопропилирования незрелой пептидил-аденилатной формы McC протекает в два этапа и требует присутствия белков MccD, MccEntd и Mtn. Первый этап осуществляется ферментом MccD в присуствии Mtn, второй, завершающий созревание McC, этап осуществляется MccEntd.

2. Фермент MccD относится к редкой группе SAM-зависимых 3-амино-3-карбоксипропилтрансфераз, используя в качестве донора переносимой группы молекулу SAM. MccEntd представляет собой PLP-зависимую декарбоксилазу, субстратом которой является 3-амино-3-карбоксипропилированная форма незрелого McC.

3. Лимитирующей стадией катализа MccD является высвобождение продуктов. За счет высокой аффинности к продуктам и к субстратной форме McC фермент MccD образует с ними прочный комплекс, для разрушения которого необходима

нуклеозидазная активность белка Mtn, катализирующего расщепление 5'-метилтиоаденозина - побочного продукта MccD.

4. Реакция MccD может протекать в обе стороны. В отсутствие Mtn MccD способен осуществлять лишь однократную конверсию субстратов в продукты, поскольку образует стабильный субстрат/продуктный-ферментный комплекс. Добавление Mtn к MccD стимулирует его активность, приводя к высвобождению молекул из комплекса и смещая равновесие реакции в сторону образования продуктов (5'-метилтиоаденозина и зрелой формы McC).

5. Белки MccD и MccE E. coli обладают релаксированной специфичностью к пептидной части субстрата и способны аминопропилировать ряд гетерологичных McC-подобных пептидил-аденилатов из других бактерий, а также полусинтетические пептиды, созданные на основе MccA E. coli. Также белки MccD и MccE E. coli обладают релаксированной специфичностью к нуклеотидной части McC, узнавая McC-подобные пептидил-цитидилаты и пептидил-уридилаты из гомологичных mcc-оперонов.

6. Была разработана система аминопропилирования in vitro, включающая белки MccD/MccE/Mtn E. coli. Модификация с помощью этой системы неприродных McC-подобных соединений привело к увеличению их биологической активности, что позволяет рассматривать систему белков MccD/MccE/Mtn E. coli в качестве потенциального инструмента для разработки и создания полусинтетических McC-подобных соединений с улучшенной биологической активностью.

Степень достоверности и апробация результатов

По результатам диссертационной работы были опубликованы 4 статьи в научных рецензируемых журналах. Основные результаты были представлены на 3 научных конференциях.

Публикации в журналах:

1. Zukher I, Pavlov M, Tsibulskaya D, Kulikovsky A, Zyubko T, Bikmetov D, Serebryakova M, Nair SK, Ehrenberg M, Dubiley S, Severinov K. Reiterative synthesis by the ribosome and recognition of the N-terminal formyl group by biosynthetic machinery contribute to evolutionary conservation of the length of antibiotic microcin C peptide precursor // mBio.-2019.- 10:e00768-19.- https://doi.org/10.1128/mBio.00768-19.

2. Tsibulskaya D., Mokina O., Kulikovsky A., Piskunova J., Severinov K., Serebryakova M. and Dubiley S. The Product of Yersinia pseudotuberculosis mcc Operon Is a Peptide-Cytidine

Antibiotic Activated Inside Producing Cells by the TldD/E Protease // J Am Chem Soc. -2017.-T. 139 - N.45 - 16178-16187 c.

3. Bantysh O, Serebryakova M, Zukher I, Kulikovsky A, Tsibulskaya D, Dubiley S, Severinov K. Enzymatic synthesis and functional characterization of bioactive microcin C-like compounds with altered peptide sequence and length // J Bacteriol.- 2015.- T. 197.- N.19. -3133-3141 c.

4. Kulikovsky A, Serebryakova M, Bantysh O, Metlitskaya A, Borukhov S, Severinov K, Dubiley S. The molecular mechanism of aminopropylation of peptide-nucleotide antibiotic microcin C. // J Am Chem Soc.- 2014.- T. 136.- N.31.- 11168-11175 c.

Тезисы конференций:

1. Darya Tsibulskaya, Olga Mokina, Alexei Kulikovsky, Konstantin Severinov, Marina Serebryakova and Svetlana Dubiley. Trojan-horse peptide-cytidine antibiotics - an unususal subfamily of microcin C-like compounds // EMBL Symposium: New Approaches and Concepts in Microbiology, Heidelberg, Germany, 2017 - 146 c.

2. Alexey Kulikovsky, Nadezhda Volovich, Nikolay Silakov, Anastasiya Metlitskaya, Marina Serebryakova, Svetlana Dubiley and Konstantin Severinov. Mechanism of microcin C carboxyaminopropylation // Antimicrobial peptide symposium, Montpellier, France, 2016 -108 c.

3. A. Kulikovsky, S. Dubiley, M. Serebryakova and K. Severinov. Mechanistic aspects of translational inhibitor microcin C maturation // Abstracts of the 38th FEBS Congress, St. Petersburg, Russia, 2013 - 498-499 c.

Личное участие автора в проведении исследований

Автор самостоятельно выполнил большую часть исследований. Им были созданы плазмидные конструкции для клонирования, проведены выделение и очистка рекомбинантных белков, разработаны условия системы для in vitro модификации незрелого микроцина С, проведены анализ и очистка пептидных соединений на ВДЖХ, сайт-направленный мутагенез, эксперименты по белковой копреципитации, эксперименты по определению in vivo и in vitro токсичности пептидных соединений. Масс-спектрометрический анализ образцов был проведен Серебряковой Мариной Васильевной (МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского). Кристаллографические исследования структуры белка MccD были проведены Богуславом Ноцеком в Аргоннской национальной лаборатории, США.

Полученные данные были автором проанализированы, обработаны и в дальнейшем подготовлены для публикации.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав («Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты и обсуждение», «Заключение») и выводов. Работа изложена на 165 страницах, содержит 59 рисунков, 2 таблицы. Список литературы включает 458 источников.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. S-аденозил-Ь-метионин

S-аденозилметионин (SAM) представляет собой конъюгат аминокислоты метионина и нуклеотида аденозина и выступает в роли одного из самых распространенных и универсальных в природе белковых кофакторов, уступая по числу использующих его ферментов только АТФ [16,17]. Ряд биоинформатических предсказаний и моделирований свидетельствует, что данная молекула появилась в метаболизме еще на доклеточном уровне организации жизни - более 3,5 млрд лет назад - во времена так называемого «мира РНК» [18].

Так, в работе Anantharaman и др (2002) по сравнительной геномике и эволюции белков, участвующих в метаболизме РНК, было выделено 7 различных классов SAM-зависимых ферментов, разделение которых прослеживается до уровня LUCA ("last universal common ancestor" - последний общий предок всех организмов) [19]. В других исследованиях по анцестральным белковым суперсемействам также были определены несколько использующих SAM семейств с высокой степенью вероятности существовавших в LUCA [20,21]. Sousa и коллеги в результате филогенетического анализа выделили 62 белковых семейства, входящих в так называемое «анаэробное ядро» - группу участвовавших в метаболизме во времена LUCA белковых семейств, следы которых можно обнаружить в современных геномах. Из этих 62 семейств 6 (~10%) оказались SAM-зависимыми ферментами [22]. В другой недавней работе Weiss и др. с помощью филогенетического анализа составили список из 355 белковых семейств, предположительно существовавших во времена LUCA, 15 из которых оказались SAM-зависимыми ферментами [23]. Таким образом, во все предсказания о наборе генов в LUCA входит сразу несколько классов SAM-зависимых ферментов, а самым распространенным является класс с характеристичной трехмерной структурой - укладкой Россманна.

Свою роль в распространении молекулы SAM в доклеточном катализе сыграла, по всей видимости, способность соединения синтезироваться абиогенным путем. Небольшие количества SAM детектировались при инкубировании метионина c АТФ либо, что интересно, метионина с аденозином при повышенной температуре (50 0С и выше) и в кислых условиях [24]. Высокая концентрация протонов ответственна за оттягивание

гидроксильной группы С5 атома рибозы и последующей нуклеофильной атаки серы метионина на этот сайт.

Что интересно, также было показано SAM-зависимое абиотическое метилирования некоторых субстратов, в частности, №-атома аденина ДНК [24] и W-атома гуанина тРНК [25]. Такой возможностью молекула SAM обладает благодаря сульфоний-катиону, который делает соединение чрезвычайно реакционноспособным по отношению к поляризуемым нуклеофилам (таким как атомы N, O и S), превышая аналогичные свойства метилированных фолатов больше чем в 1000 раз [16].

1.2. Биосинтез SAM

В живых организмах запасы SAM пополняются за счет реакции АТФ и метионина, катализируемой ферментом S-аденозилметионин синтетазой (также называемой метионин аденозилтрансферазой). Ген, кодирующий SAM-синтетазу, является геном домашнего хозяйства, встречаясь у всех живых существ за исключением некоторых паразитических организмов с редуцированным геномом, пользующихся запасами SAM хозяев, таких как, например, внутриклеточные паразиты Rickettsiaprowazekii [26] и Chlamydia trachomatis [27] или грибковый патоген Pneumocystis jirovecii [28]. Отсутствует S-аденозилметионин-синтетазная активность и у Amoeba proteus штамма xD, который восполняет ее за счет бактериального облигаторного симбионта [29].

SAM синтетазы бактерий и эукариот чрезвычайно консервативны по структуре и последовательности. Около 30% последовательности SAM синтаз идентичны, что делает возможным использование генов SAM синтетазы для филогенетического анализа [30]. SAM синтетазы архей образуют обособленную группу, в пределах которой также обладают высокой консервативностью последовательности [31]. Интересно, что в некоторых неродственных друг другу бактериях наряду с SAM синтетазой бактериально-эукариотической группы встречается SAM синтетаза архейной группы [31].

Взаимодействие АТФ и метионина, катализирующееся SAM-синтетазой (Рис. 1), является единственным известным на настоящий момент способом восполнения SAM in vivo, а сама реакция входит в метаболический цикл метионина, являясь его лимитирующей стадией. Данная реакция протекает по классическому механизму Sn2 замещения: атака атома серы метионина на C5' атом АТФ с одновременным вытеснением триполифосфата, который выступает как интермедиат реакции [32,33]. Триполифосфат затем гидролизуется до фосфата и пирофосфата, благодаря внутренней триполифосфатазной активности SAM-синтетазы [34].

Рисунок 1. Схема биосинтеза SAM in vivo. SAMS обозначает фермент SAM-синтетазу [35].

Реакция с отщеплением триполифосфата от АТФ уникальна - единственным другим примером с подобным расщеплением АТФ является образование связи между C5' аденозилом и атомом кобальта во время синтеза аденозилкобаламина.

Синтез SAM и его аналогов является важной проблемой биотехнологии, так как SAM вовлечен в огромное количество биохимических реакций и в то же время отличается нестабильностью в физиологических и щелочных условиях. Химический синтез этих соединений экономически затратен и не является диастереоселективным [36]. По этой причине поиск альтернативных биосинтетических путей SAM и его аналогов - одна из актуальных проблем биохимии. Так, одной из предложенных альтернатив химическому синтезу является реакция хлориназы SalL, катализирующей превращение L-метионина и 5'-хлор-5'-дезоксиаденозина в SAM в биосинтетическом пути ингибитора протеасомы салиноспорамида A [37,38].

1.3. Стереоизомерия молекулы SAM

Молекула SAM может существовать в виде двух стереоизомеров: (S,S)-SAM и (R,S)-SAM; ее хиральность имеет важное значение для участия в метаболизме. В ходе биологического синтеза всегда образуется ^-конфигурация молекулы по атому серы, эта же форма узнается и SAM-зависимыми ферментами, тогда как (R,S) диастереомер SAM является их сильным ингибитором [39,40]. Рацемизация SAM происходит спонтанно, независимо от pH (по крайней мере в диапазоне 1,5-7,5) и с приблизительной конверсией 0,65% за 1 ч при 37 0С и pH 7,5. При этом (R,S)-SAM способен накапливаться в клетках:

анализ экстрактов мышиной печени показал, что 2,9% молекул SAM находятся в (R,S) конфигурации [40]. Это значение меньше теоретического, что, по-видимому, указывает на то, что SAM in vivo находится преимущественно в связанном состоянии с метаболизирующими его ферментами. Являясь нестабильной молекулой, SAM при физиологических условиях также может распадаться до метилтиоаденозина (MTA) и гомосеринлактона или же гидролизироваться с образованием аденина и S-пентозилметионина. Эти продукты распада эффективно утилизируются, поэтому, несмотря на кажущиеся потери в энергии, ковалентная нестабильность SAM оказывается выгодной для организма, позволяя предотвращать накопление неиспользующегося в метаболизме (R,S) диастереомера [40].

1.4. SAM в трансферазных реакциях

Распространение SAM в биокатализе со времен LUCA определяется не только возможностью его абиогенного синтеза, но и уникальным строением молекулы. Составляющие SAM метильная, карбоксиаминопропильная и рибозильная группы связаны друг с другом через положительно заряженный атом серы, что придает соседним с ним углеродам чрезвычайно высокую электрофильность и позволяет нуклеофилам легко их атаковать с разрывом C-S связи. По этой причине SAM является источником химических групп в колоссальном количестве метаболических путей. В подавляющем большинстве случаев переносится метильная, однако встречаются и более экзотические реакции, такие как трансфер 3-амино-3-карбоксипропильной (ACP), метиленовой, амино-, рибозильной, аминопропильной группы [41,42].

Каталитический механизм трансферазных реакций с участием молекулы SAM бывает двух основных типов: ионный (реакции нуклеофильного замещения по SN2-типу) и радикальный. Выбор механизма в первую очередь обусловлен природой электронной оболочки акцепторного атома [43]. Когда в роли акцептора находится поляризуемый атом

- например, обладающий неподеленой парой электронов, обогащенный электронной плотностью (участвующий в образовании непредельной связи) или электронодефицитный

- природой используется нуклеофильный механизм. Когда акцептор неполяризуем, в дело вступают более сложные радикальные механизмы.

1.4.1. Механизмы SAM-зависимых трансферазныхреакций 8^2-типа

SAM-зависимые ферменты используют различные стратегии для активации каталитического нуклеофила и соответствующей организации активного центра, которая зависит от поляризуемости акцепторного атома.

Одной из распространенных стратегий является простое обеспечение близости и правильной ориентации реагирующих групп друг относительно друга, а также изоляция активного центра от раствора. В этом случае механизм реакции не требует непосредственного участия каких бы то ни было каталитических остатков, основная роль ложится на архитектуру активного центра, создающего закрытый от воды (раствора) компартмент с определенной конфигурацией реагирующих групп [44].

Другой и самой широко встречающейся стратегией является использование общего кислотно-основного катализа. Эти реакции проходят, как правило, с участием каталитической аминокислоты, действующей в роли основания, депротонируя и, таким образом, активируя акцептор для последующей нуклеофильной атаки переносимой группы SAM [45]. Образующие активный центр аминокислоты при этом обеспечивают необходимую конфигурацию каталитической аминокислоты относительно субстратов или могут участвовать в организации системы челночной передачи протона [46,47].

Еще одним вариантом является ковалентный катализ, который происходит благодаря наличию в активном центре SAM-зависимых трансфераз каталитических аминокислот, осуществляющих ковалентное взаимодействие с молекулой акцептора. Такая стратегия используется, например, C5-метилтрансферазами ДНК и некоторыми метилтрансферазами РНК, когда в роли акцептора выступает неполяризуемый и ненуклеофильный атом углерода, который не имеет возможности стать электрононасыщенным или электронодефицитным в результате таутомеризации. В этом случае ковалентное взаимодействие позволяет запустить процесс перераспределения электронов в части молекулы, в которой находится акцептор, и добиться значительного повышения нуклеофильности сайта метилирования [48-50].

Наконец, еще один вариант SAM-зависимого замещения по S^-типу происходит при участии атомов металлов. Это может быть как просто двухвалентный катион в активном центре, ответственный за координирование субстрата, и требующий наличия рядом аминокислотного остатка выполняющего роль основания для депротонирования акцептора [51,52], так и непосредственное вовлечение атома металла в катализ. Последний вид реакций характерен для фенольных О-метилтрансфераз растений, в ходе нее атом металла напрямую влияет на изменение pKa гидроксильной группы фенольного субстрата,

что приводит к потере ею протона (в качестве иона гидроксония H3O+) и образованию нуклеофильного фенолят-аниона [53,54].

1.4.2. SAM-зависимое алкилирование гетероатомов

В случае, если в роли акцептора выступает гетероатом, такой как N или O, обладающий неподеленной электронной парой, трансферазная реакция проходит по Sn2 нуклеофильному механизму. Такой механизм использует большая часть метилтрансфераз, модифицирующих белки (лизиновые, аргининовые, протеин Nt-метилтрансферазы, карбоксильные метилтрансферазы и др.), некоторые метилтрансферазы РНК и ДНК [55], многие метилтрансферазы вторичных метаболитов [56,57], некоторые метил- и ACP-трансферазы липидов [58].

Сравнительно редки, но также встречаются реакции нуклеофильного N- и O-переноса ACP-групп, катализируемые 3-амино-3-карбоксипропил-трансферазами. К ним относятся ферменты, участвующие в одном из этапов биосинтеза бактериального бетаина и изонокардицина, в модификации оснований тРНК, а также синтезе нейротоксичной аминокислоты 2-(3-амино-3-карбоксипропил)-изоксазолин-5-она). Отдельно стоит упомянуть полиамин-синтазы, которые используют предварительно декарбоксилированную молекулу SAM для переноса 3-аминопропильной группы [59].

Также известна реакция N-рибозилирования, являющаяся одним из этапов модификации гуанина тРНК до кьюозина: в этом случае по нуклеофильному механизму происходит присоединение производного рибозильной группы SAM к аминогруппе пре-кьюозина, при этом в процессе реакции происходит разрыв как S-Cy, так и S-C5' связи SAM [60].

Помимо атомов N и O известны реакции, в которых акцепторами в SAM-зависимых трансферазных реакциях выступают галогены и халькогены. Так, по Sn2 механизму проходит метилирование атомов селена и теллура при детоксификации их производных у животных и бактерий [61,62]. По аналогичному механизму метилируются атомы серы сульфгидрильных групп [63], тиопуринов у растений [64], а также атомы галогенов при биосинтезе галометанов [65]. Интересно, что на галогены от SAM может переносится не только метильная группа: у ряда бактерий встречаются уникальные реакции 5'-дезоксиаденозилирования фтора и хлора. Фермент флуориназа катализирует нуклеофильную атаку атома F на C5'-атом SAM, что приводит к разрыву S-C5' связи и образованию 5'-флуоро-5'-аденозина и метионина [66]. Другой фермент - хлориназа -катализирует аналогичную реакцию, используя SAM и акцепторный атом хлора [67].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Куликовский Алексей Дмитриевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Collignon P., Voss A. China, what antibiotics and what volumes are used in food production animals? // Antimicrob. Resist. Infect. Control. BioMed Central, 2015. Vol. 4, № 1. P. 16.

2. Lerma L.L. et al. Antibiotic Multiresistance Analysis of Mesophilic and Psychrotrophic Pseudomonas spp . Isolated from Goat and Lamb Slaughterhouse Surfaces throughout the Meat Production Process. 2014. Vol. 80, № 21. P. 6792-6806.

3. Zhang W. et al. Accumulation of tetracycline resistance genes in aquatic biofilms due to periodic waste loadings from swine lagoons // Environ. Sci. Technol. 2009. Vol. 43, № 20. P. 7643-7650.

4. Zhu Y. et al. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in Chinese swine farms // Proc. Natl. Acad. Sci. 2013. Vol. 110, № 9. P. 3435-3440.

5. D'Costa V.M. et al. Antibiotic resistance is ancient // Nature. Nature Publishing Group, 2011. Vol. 477, № 7365. P. 457-461.

6. Yang Y. et al. Antibiotic resistance genes in surface water of eutrophic urban lakes are related to heavy metals , antibiotics , lake morphology and anthropic impact // Ecotoxicology. Springer US, 2017. P. 1-10.

7. Bengtsson-Palme J. et al. Shotgun metagenomics reveals a wide array of antibiotic resistance genes and mobile elements in a polluted lake in India // Front. Microbiol. 2014. Vol. 5, № DEC. P. 1-15.

8. Czekalski N., Gascón Díez E., Bürgmann H. Wastewater as a point source of antibiotic-resistance genes in the sediment of a freshwater lake // ISME J. 2014. Vol. 8, № 7. P. 1381-1390.

9. Li B. et al. Metagenomic and network analysis reveal wide distribution and co-occurrence of environmental antibiotic resistance genes // ISME J. Nature Publishing Group, 2015. Vol. 9, № 11. P. 2490-2502.

10. Martínez J.L., Coque T.M., Baquero F. What is a resistance gene? Ranking risk in resistomes // Nat. Rev. Microbiol. 2015. Vol. 13, № 2. P. 116-123.

11. Bengtsson-Palme J. et al. The Human Gut Microbiome as a Transporter of Antibiotic Resistance Genes between Continents // Antimicrob. Agents Chemother. 2015. Vol. 59, № 10. P. 6551-6560.

12. Hampton T. Report Reveals Scope of US Antibiotic Resistance Threat // JAMA. 2013. Vol. 310, № 16. P. 1661.

13. Brown L. et al. Antimicrobial Resistance: A Call to Action! // Clin. Infect. Dis. An Off. Publ. Infect. Dis. Soc. Am. Oxford University Press, 2017. Vol. 64, № 1. P. 106.

14. Asensio C., Pérez-Díaz J.C. A new family of low molecular weight antibiotics from enterobacteria. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1976. Vol. 69, № 1. P. 7-14.

15. Kulikovsky A. et al. The molecular mechanism of aminopropylation of peptide-nucleotide antibiotic microcin C // J. Am. Chem. Soc. 2014. Vol. 136, № 31. P. 11168-11175.

16. Cantoni G.L. Biological methylation: selected aspects. // Annu. Rev. Biochem. 1975. Vol. 44. P. 435-451.

17. Loenen W.A.M. et al. S-adenosylmethionine: jack of all trades and master of everything?

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

// Biochem. Soc. Trans. 2006. Vol. 34, № Pt 2. P. 330-333.

Benner S.A., Ellington A.D., Tauer A. Modern metabolism as a palimpsest of the RNA world. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2006. Vol. 86, № 18. P. 7054-7058.

Anantharaman V., Koonin E. V, Aravind L. Comparative genomics and evolution of proteins involved in RNA metabolism. // Nucleic Acids Res. Oxford University Press, 2002. Vol. 30, № 7. P. 1427-1464.

Ranea J.A.G. et al. Protein superfamily evolution and the Last Universal Common Ancestor (LUCA) // J. Mol. Evol. 2006. Vol. 63, № 4. P. 513-525.

Ma B.G. et al. Characters of very ancient proteins // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008. Vol. 366, № 3. P. 607-611.

Sousa F.L., Nelson-Sathi S., Martin W.F. One step beyond a ribosome: The ancient anaerobic core // Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg. Elsevier, 2016. Vol. 1857, № 8. P. 1027-1038.

Weiss M.C. et al. The physiology and habitat of the last universal common ancestor // Nat. Microbiol. Nature Publishing Group, 2016. Vol. 1, № 9. P. 1-8.

Laurino P., Tawfik D.S. Spontaneous Emergence of S-Adenosylmethionine and the Evolution of Methylation // Angew. Chemie - Int. Ed. 2017. Vol. 56, № 1. P. 343-345.

Rydberg B., Lindahl T. Nonenzymatic methylation of DNA by the intracellular methyl group donor S-adenosyl-L-methionine is a potentially mutagenic reaction. // EMBO J. 1982. Vol. 1, № 2. P. 211-216.

Tamas I. et al. Mutualists and parasites: How to paint yourself into a (metabolic) corner // FEBS Lett. 2001. Vol. 498, № 2-3. P. 135-139.

Stephens R.S. et al. Genome sequence of an obligate intracellular pathogen of humans: Chlamydia trachomatis // Science (80-. ). 1998. Vol. 282, № 5389. P. 754-759.

Merali S., Clarkson A.B. S-Adenosylmethionine and Pneumocystis // FEMS Microbiol. Lett. 2004. Vol. 237, № 2. P. 179-186.

Choi J.Y. et al. Evidence for symbiont-induced alteration of a host's gene expression: irreversible loss of SAM synthetase from Amoeba proteus. // J. Eukaryot. Microbiol. Vol. 44, № 5. P. 412-419.

Sánchez-Pérez G.F., Bautista J.M., Pajares M.A. Methionine adenosyltransferase as a useful molecular systematics tool revealed by phylogenetic and structural analyses. // J. Mol. Biol. 2004. Vol. 335, № 3. P. 693-706.

Graham D.E. et al. Identification of a Highly Diverged Class of S -Adenosylmethionine Synthetases in the Archaea // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275, № 6. P. 4055-4059.

Mudd S.H. Activation of methionine for transmethylation // J. Biol. Chem. 1962. Vol. 237, № 4. P. 1372-1376.

Markham G.D. et al. A kinetic isotope effect study and transition state analysis of the S-adenosylmethionine synthetase reaction. // J. Biol. Chem. 1987. Vol. 262, № 12. P. 56095615.

Reczkowski R.S., Taylor J.C., Markham G.D. The active-site arginine of S-adenosylmethionine synthetase orients the reaction intermediate // Biochemistry. 1998.

Vol. 37, № 39. P. 13499-13506.

35. Dippe M. et al. Rationally engineered variants of S-adenosylmethionine (SAM) synthase: reduced product inhibition and synthesis of artificial cofactor homologues. // Chem. Commun. (Camb). 2015. Vol. 51, № 17. P. 3637-3640.

36. Weinhold E., Klimas S., Dalhoff C. Synthesis of S -adenosyl- L -methionine analogs and their use for sequence-specific transalkylation of DNA by methyltransferases. 2006. Vol. 1, № 4. P. 1879-1886.

37. Thomsen M. et al. Chemoenzymatic synthesis and in situ application of S-adenosyl-l-methionine analogs // Org. Biomol. Chem. 2013. Vol. 11, № 43. P. 7606-7610.

38. Davis T.D. et al. Preparation , Assay , and Application of Chlorinase SalL for the Chemoenzymatic Synthesis of S -Adenosyl- L -Methionine and Analogs // Marine Enzymes and Specialized Metabolism - Part A. 1st ed. Elsevier Inc., 2018. Vol. 604. 367388 p.

39. de La Haba G. et al. S-Adenosylmethionine: The Relation of Configuration at the Sulfonium Center to Enzymatic Reactivity // J. Am. Chem. Soc. 1959. Vol. 81, № 15. P. 3975-3980.

40. Hoffman J.L. Chromatographic Analysis of the Chiral and Covalent Instability of S-Adenosyl-L-methionine // Biochemistry. 1986. Vol. 25, № 15. P. 4444-4449.

41. Pajares M.A., Markham G.D. Methionine adenosyltransferase (s-adenosylmethionine synthetase). // Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 2011. Vol. 78. P. 449-521.

42. Fontecave M., Atta M., Mulliez E. S-adenosylmethionine: Nothing goes to waste // Trends Biochem. Sci. 2004. Vol. 29, № 5. P. 243-249.

43. Lin H. S-Adenosylmethionine-dependent alkylation reactions: When are radical reactions used? // Bioorg. Chem. 2011. Vol. 39, № 5-6. P. 161-170.

44. Zubieta C. et al. Structural basis for substrate recognition in the salicylic acid carboxyl methyltransferase family. // Plant Cell. American Society of Plant Biologists, 2003. Vol. 15, № 8. P. 1704-1716.

45. Zubieta C. et al. Structural Basis for the Modulation of Lignin Monomer Methylation by Caffeic Acid/5-Hydroxyferulic Acid 3/5-O-Methyltransferase // PLANT CELL ONLINE. 2002. Vol. 14, № 6. P. 1265-1277.

46. Lee S.G. et al. Structure and Reaction Mechanism of Phosphoethanolamine Methyltransferase from the Malaria Parasite Plasmodium falciparum // J. Biol. Chem. 2012. Vol. 287, № 2. P. 1426-1434.

47. Zubieta C. et al. Structures of two natural product methyltransferases reveal the basis for substrate specificity in plant O-methyltransferases. // Nat. Struct. Biol. 2001. Vol. 8, № 3. P.271-279.

48. Wu J.C., Santi D. V. Kinetic and Catalytic Mechanism of Hhal Methyltransferase *. 1987. P. 4778-4786.

49. Liu Y., Santi D. V. m 5 C RNA and m 5 C DNA methyl transferases use different cysteine residues as catalysts. 2000. Vol. 2000, № 4. P. 4-6.

50. Kealey J.T., Gu X., Santi D. V. Enzymatic mechanism of tRNA (m5U54)methyltransferase. // Biochimie. 1994. Vol. 76, № 12. P. 1133-1142.

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

Gómez García I. et al. The crystal structure of the novobiocin biosynthetic enzyme NovP: the first representative structure for the TylF O-methyltransferase superfamily. // J. Mol. Biol. NIH Public Access, 2010. Vol. 395, № 2. P. 390-407.

Akey D.L. et al. A New Structural Form in the SAM/Metal-Dependent O-Methyltransferase Family: MycE from the Mycinamicin Biosynthetic Pathway // J. Mol. Biol. 2011. Vol. 413, № 2. P. 438-450.

Kopycki J.G. et al. Biochemical and Structural Analysis of Substrate Promiscuity in Plant Mg2+-Dependent O-Methyltransferases // J. Mol. Biol. 2008. Vol. 378, № 1. P. 154-164.

Kopycki J.G. et al. Functional and structural characterization of a cation-dependent O-methyltransferase from the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803 // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283, № 30. P. 20888-20896.

Pogolotti A.L. et al. On the mechanism of DNA-adenine methylase. // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263, № 16. P. 7461-7464.

Vidgren J., Svensson L.A., Liljas A. Crystal structure of catechol O-methyltransferase // Nature. Nature Publishing Group, 1994. Vol. 368, № 6469. P. 354-358.

Liscombe D.K., Louie G. V., Noel J.P. Architectures, mechanisms and molecular evolution of natural product methyltransferases // Nat. Prod. Rep. 2012. Vol. 29, № 10. P. 1238-1250.

Riekhof W.R., Andre C., Benning C. Two enzymes, BtaA and BtaB, are sufficient for betaine lipid biosynthesis in bacteria // Arch. Biochem. Biophys. 2005. Vol. 441, № 1. P. 96-105.

Wu H. et al. Structure and Mechanism of Spermidine Synthases f. 2007. P. 8331-8339.

Kinzie S.D., Thern B., Iwata-Reuyl D. Mechanistic Studies of the tRNA-Modifying Enzyme QueA: A Chemical Imperative for the Use of AdoMet as a "Ribosyl" Donor // Org. Lett. American Chemical Society, 2000. Vol. 2, № 9. P. 1307-1310.

Mozier N.M., McConnell K.P., Hoffman J.L. S-adenosyl-L-methionine:thioether S-methyltransferase, a new enzyme in sulfur and selenium metabolism // J. Biol. Chem. 1988. Vol. 263, № 10. P. 4527-4531.

Choudhury H.G. et al. Structure and mechanism of the chalcogen-detoxifying protein TehB from Escherichia coli // Biochem. J. 2011. Vol. 435, № 1. P. 85-91.

Coiner H. et al. Methylation of sulfhydryl groups: A new function for a family of small molecule plant O-methyltransferases // Plant J. 2006. Vol. 46, № 2. P. 193-205.

Peng Y. et al. Structural Basis of Substrate Recognition in Thiopurine S -Methyltransferase f J // Biochemistry. 2008. Vol. 47, № 23. P. 6216-6225.

Attieh J.M., Hanson A.D., Saini H.S. Purification and Characterization of a Novel Methyltransferase Responsible for Biosynthesis of Halomethanes and Methanethiol in Brassica oleracea (*) // J. Biol. Chem. 1995. Vol. 270, № 16. P. 9250-9257.

Hagan D.O. et al. Biosynthesis of an organofluorine molecule. 2002. P. 2002.

Eustáquio A.S. et al. Discovery and characterization of a marine bacterial SAM-dependent chlorinase. 2008. Vol. 4, № 1. P. 69-74.

Huang C. et al. Crystal Structures of Mycolic Acid Cyclopropane Synthases from

Mycobacterium tuberculosis *. 2002. Vol. 277, № 13. P. 11559-11569.

69. Umitsu M. et al. Structural basis of AdoMet-dependent aminocarboxypropyl transfer reaction catalyzed by tRNA-wybutosine synthesizing enzyme , TYW2. 2009. P. 4-6.

70. Chen L., MacMillan A.M., Verdine G.L. Mutational separation of DNA binding from catalysis in a DNA cytosine methyltransferase // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1993. Vol. 115, № 12. P. 5318-5319.

71. Sofia H.J. et al. Radical SAM, a novel protein superfamily linking unresolved steps in familiar biosynthetic pathways with radical mechanisms: functional characterization using new analysis and information visualization methods // Nucleic Acids Res. 2001. Vol. 29, № 5. P. 1097-1106.

72. Broderick J.B. et al. Pyruvate Formate-Lyase Activating Enzyme Is an Iron-Sulfur Protein // J. Am. Chem. Soc. 1997. Vol. 119, № 31. P. 7396-7397.

73. Cheek J., Broderick J.B. Adenosylmethionine-dependent iron-sulfur enzymes: versatile clusters in a radical new role // JBIC J. Biol. Inorg. Chem. Springer-Verlag, 2001. Vol. 6, № 3. P. 209-226.

74. Nicolet Y. et al. Unexpected electron transfer mechanism upon AdoMet cleavage in radical SAM proteins // Proc. Natl. Acad. Sci. 2009. Vol. 106, № 35. P. 14867-14871.

75. Krebs C. et al. Coordination of adenosylmethionine to a unique iron site of the [4Fe-4S] of pyruvate formate-lyase activating enzyme: a Mössbauer spectroscopic study. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124, № 6. P. 912-913.

76. Walsby C.J. et al. An anchoring role for FeS clusters: chelation of the amino acid moiety of S-adenosylmethionine to the unique iron site of the [4Fe-4S] cluster of pyruvate formate-lyase activating enzyme. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124, № 38. P. 1127011271.

77. Mahanta N., Hudson G.A., Mitchell D.A. Radical S -Adenosylmethionine Enzymes Involved in RiPP Biosynthesis // Biochemistry. 2017. Vol. 56, № 40. P. 5229-5244.

78. Mehta A.P. et al. Radical S -Adenosylmethionine (SAM) Enzymes in Cofactor Biosynthesis: A Treasure Trove of Complex Organic Radical Rearrangement Reactions // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290, № 7. P. 3980-3986.

79. Wang J. et al. Recent Advances in Radical SAM Enzymology: New Structures and Mechanisms // ACS Chem. Biol. 2014. Vol. 9, № 9. P. 1929-1938.

80. Lanz N.D., Booker S.J. Auxiliary iron-sulfur cofactors in radical SAM enzymes // Biochim. Biophys. Acta - Mol. Cell Res. 2015. Vol. 1853, № 6. P. 1316-1334.

81. Fugate C.J. et al. 9-Mercaptodethiobiotin is generated as a ligand to the [2Fe-2S]+ cluster during the reaction catalyzed by biotin synthase from Escherichia coli. // J. Am. Chem. Soc. NIH Public Access, 2012. Vol. 134, № 22. P. 9042-9045.

82. Taylor A.M., Farrar C.E., Jarrett J.T. 9-Mercaptodethiobiotin Is Formed as a Competent Catalytic Intermediate by Escherichia coli Biotin Synthase ^ // Biochemistry. 2008. Vol. 47, № 35. P. 9309-9317.

83. Douglas P. et al. Lipoyl Synthase Inserts Sulfur Atoms into an Octanoyl Substrate in a Stepwise Manner // Angew. Chemie Int. Ed. 2006. Vol. 45, № 31. P. 5197-5199.

84. Holliday G.L. et al. Atlas of the Radical SAM Superfamily: Divergent Evolution of

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

Function Using a "Plug and Play" Domain. // Methods Enzymol. NIH Public Access, 2018. Vol. 606. P. 1-71.

Wuebbens M.M., Rajagopalan K. V. Mechanistic and Mutational Studies of Escherichia coli Molybdopterin Synthase Clarify the Final Step of Molybdopterin Biosynthesis // J. Biol. Chem. 2003. Vol. 278, № 16. P. 14523-14532.

Rand K. et al. The oxygen-independent coproporphyrinogen III oxidase HemN utilizes harderoporphyrinogen as a reaction intermediate during conversion of coproporphyrinogen III to protoporphyrinogen IX. // Biol. Chem. 2010. Vol. 391, № 1. P. 55-63.

Kriek M. et al. Thiamine Biosynthesis inEscherichia coli: Identification of the Intermediate and By-Product Derived from Tyrosine // Angew. Chemie Int. Ed. 2007. Vol. 46, № 48. P. 9223-9226.

Zhang Q., Liu W. Complex Biotransformations Catalyzed by Radical S -Adenosylmethionine Enzymes // J. Biol. Chem. 2011. Vol. 286, № 35. P. 30245-30252.

Jarrett J.T. The Biosynthesis of Thiol- and Thioether-containing Cofactors and Secondary Metabolites Catalyzed by Radical S -Adenosylmethionine Enzymes // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290, № 7. P. 3972-3979.

Vey J.L. et al. Structural basis for glycyl radical formation by pyruvate formate-lyase activating enzyme. 2008.

Kabsch W. et al. Structure and mechanism of the glycyl radical enzyme pyruvate formate-lyase. // Nat. Struct. Biol. 1999. Vol. 6, № 10. P. 969-975.

Selmer T., Andrei P.I. p-Hydroxyphenylacetate decarboxylase from Clostridium difficile. A novel glycyl radical enzyme catalysing the formation of p-cresol. // Eur. J. Biochem. 2001. Vol. 268, № 5. P. 1363-1372.

Demick J.M., Lanzilotta W.N. Radical SAM Activation of the B12-Independent Glycerol Dehydratase Results in Formation of 5'-Deoxy-5'-(methylthio) adenosine and Not 5'-Deoxyadenosine // Biochemistry. 2011. Vol. 50, № 4. P. 440-442.

Cheek J., Broderick J.B. Direct H atom abstraction from spore photoproduct C-6 initiates DNA repair in the reaction catalyzed by spore photoproduct lyase: evidence for a reversibly generated adenosyl radical intermediate. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124, № 12. P. 2860-2861.

Rebeil R. et al. Spore photoproduct lyase from Bacillus subtilis spores is a novel iron-sulfur DNA repair enzyme which shares features with proteins such as class III anaerobic ribonucleotide reductases and pyruvate-formate lyases. // J. Bacteriol. 1998. Vol. 180, № 18. P. 4879-4885.

Buis J.M. et al. Characterization of an Active Spore Photoproduct Lyase, a DNA Repair Enzyme in the Radical S -Adenosylmethionine Superfamily // J. Biol. Chem. 2006. Vol. 281, № 36. P. 25994-26003.

Yan F., Fujimori D.G. RNA methylation by Radical SAM enzymes RlmN and Cfr proceeds via methylene transfer and hydride shift // Proc. Natl. Acad. Sci. 2011. Vol. 108, № 10. P. 3930-3934.

Yan F. et al. RlmN and Cfr are Radical SAM Enzymes Involved in Methylation of Ribosomal RNA // J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol. 132, № 11. P. 3953-3964.

99.

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

Esberg B. et al. Identification of the miaB gene, involved in methylthiolation of isopentenylated A37 derivatives in the tRNA of Salmonella typhimurium and Escherichia coli. // J. Bacteriol. 1999. Vol. 181, № 23. P. 7256-7265.

Arragain S. et al. Identification of Eukaryotic and Prokaryotic Methylthiotransferase for Biosynthesis of 2-Methylthio- N 6 -threonylcarbamoyladenosine in tRNA // J. Biol. Chem. 2010. Vol. 285, № 37. P. 28425-28433.

Wang S.C. Cobalamin-dependent radical S -adenosyl- l -methionine enzymes in natural product biosynthesis // Nat. Prod. Rep. The Royal Society of Chemistry, 2018. Vol. 35, № 8. P. 707-720.

Benjdia A., Balty C., Berteau O. Radical SAM Enzymes in the Biosynthesis of Ribosomally Synthesized and Post-translationally Modified Peptides (RiPPs) // Front. Chem. Frontiers Media SA, 2017. Vol. 5. P. 87.

Bauerle M.R., Schwalm E.L., Booker S.J. Mechanistic Diversity of Radical S -Adenosylmethionine (SAM)-dependent Methylation // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290, № 7. P. 3995-4002.

Nunez L.E. et al. The biosynthetic gene cluster for the beta-lactam carbapenem thienamycin in Streptomyces cattleya. // Chem. Biol. 2003. Vol. 10, № 4. P. 301-311.

Rachid S. et al. Unusual Chemistry in the Biosynthesis of the Antibiotic Chondrochlorens // Chem. Biol. 2009. Vol. 16, № 1. P. 70-81.

McMillen D.F., Golden D.M. Hydrocarbon Bond Dissociation Energies // Annu. Rev. Phys. Chem. Annual Reviews 4139 El Camino Way, P.O. Box 10139, Palo Alto, CA 94303-0139, USA , 1982. Vol. 33, № 1. P. 493-532.

Benjdia A. et al. Anaerobic Sulfatase-Maturating Enzymes: Radical SAM Enzymes Able To Catalyze in Vitro Sulfatase Post-translational Modification // J. Am. Chem. Soc. 2007. Vol. 129, № 12. P. 3462-3463.

Grove T.L. et al. A Consensus Mechanism for Radical SAM-Dependent Dehydrogenation? BtrN Contains Two [4Fe-4S] Clusters // Biochemistry. American Chemical Society, 2010. Vol. 49, № 18. P. 3783-3785.

Anton B.P. et al. RimO, a MiaB-like enzyme, methylthiolates the universally conserved Asp88 residue of ribosomal protein S12 in Escherichia coli // Proc. Natl. Acad. Sci. 2008. Vol. 105, № 6. P. 1826-1831.

Lepore B.W. et al. The x-ray crystal structure of lysine-2,3-aminomutase from Clostridium subterminale // Proc. Natl. Acad. Sci. 2005. Vol. 102, № 39. P. 13819-13824.

Magnusson O.T., Reed G.H., Frey P.A. Characterization of an allylic analogue of the 5'-deoxyadenosyl radical: an intermediate in the reaction of lysine 2,3-aminomutase. // Biochemistry. 2001. Vol. 40, № 26. P. 7773-7782.

Wang S.C., Frey P.A. S-adenosylmethionine as an oxidant: the radical SAM superfamily // Trends Biochem. Sci. 2007. Vol. 32, № 3. P. 101-110.

Ruzicka F.J., Frey P.A. Glutamate 2,3-aminomutase: A new member of the radical SAM superfamily of enzymes // Biochim. Biophys. Acta - Proteins Proteomics. 2007. Vol. 1774, № 2. P. 286-296.

Hu K. et al. Investigation of enzymatic C-P bond formation using multiple quantum HCP nuclear magnetic resonance spectroscopy // Magn. Reson. Chem. 2015. Vol. 53, № 4. P.

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

267-272.

Allen K.D., Wang S.C. Initial characterization of Fom3 from Streptomyces wedmorensis: The methyltransferase in fosfomycin biosynthesis // Arch. Biochem. Biophys. Elsevier Inc., 2014. Vol. 543. P. 67-73.

Allen K.D., Wang S.C. Spectroscopic characterization and mechanistic investigation of P-methyl transfer by a radical SAM enzyme from the marine bacterium Shewanella denitrificans OS217 // Biochim. Biophys. Acta - Proteins Proteomics. Elsevier B.V., 2014. Vol. 1844, № 12. P. 2135-2144.

Zhu X. et al. Mechanistic understanding of Pyrococcus horikoshii Dph2, a [4Fe-4S] enzyme required for diphthamide biosynthesis. // Mol. Biosyst. 2011. Vol. 7, № 1. P. 7481.

Zhang Y. et al. Diphthamide biosynthesis requires an organic radical generated by an iron-sulphur enzyme // Nature. 2010. Vol. 465, № 7300. P. 891-896.

Raynaud C. et al. Molecular characterization of the 1,3-propanediol (1,3-PD) operon of Clostridium butyricum // Proc. Natl. Acad. Sci. 2003. Vol. 100, № 9. P. 5010-5015.

O'Brien J.R. et al. Insight into the Mechanism of the B 12 -Independent Glycerol Dehydratase from Clostridium butyricum : Preliminary Biochemical and Structural Characterization * // Biochemistry. 2004. Vol. 43, № 16. P. 4635-4645.

Broderick J.B. et al. Radical S -Adenosylmethionine Enzymes // Chem. Rev. 2014. Vol. 114, № 8. P. 4229-4317.

Jin W. A radical S-adenosyl-L-methionine enzyme and a methyltransferase catalyze cyclopropane formation in natural product biosynthesis // Nat. Commun. Springer US, 2018.

Layer G. et al. Crystal structure of coproporphyrinogen III oxidase reveals cofactor geometry of Radical SAM enzymes. 2003. Vol. 22, № 23.

Vey J.L. et al. Structural basis for glycyl radical formation by pyruvate formate-lyase activating enzyme // Proc. Natl. Acad. Sci. 2008. Vol. 105, № 42. P. 16137-16141.

Challand M.R., Driesener R.C., Roach P.L. Radical S-adenosylmethionine enzymes: Mechanism, control and function // Nat. Prod. Rep. 2011. Vol. 28, № 10. P. 1696-1721.

Malone T. et al. Structure-guided Analysis Reveals Nine Sequence Motifs Conserved among DNA Amino-methyl- transferases , and Suggests a Catalytic Mechanism for these Enzymes. 1995. P. 618-632.

Cheng X., Blumenthal R.M. S-Adenosylmethionine-Dependent Methyltransferases. WORLD SCIENTIFIC, 1999.

Roje S. S-Adenosyl-l-methionine: Beyond the universal methyl group donor // Phytochemistry. 2006. Vol. 67, № 15. P. 1686-1698.

Markham G.D. S -Adenosylmethionine // Encycl. Life Sci. 2010. P. 1-8.

Gana R. et al. Structural and functional studies of S-adenosyl-L-methionine binding proteins: A ligand-centric approach // BMC Struct. Biol. 2013. Vol. 13, № 1.

Kozbial P.Z., Mushegian A.R. Natural history of S-adenosylmethionine-binding proteins // BMC Struct. Biol. 2005. Vol. 5.

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

Lesk A.M. NAD-binding domains of dehydrogenases. 1995. P. 775-783.

Bhattacharyya M., Upadhyay R., Vishveshwara S. Interaction Signatures Stabilizing the NAD ( P ) -Binding Rossmann Fold : A Structure Network Approach. 2012. Vol. 7, № 12.

Hanukoglu I. Conservation of the Enzyme - Coenzyme Interfaces in FAD and NADP Binding Adrenodoxin Reductase — A Ubiquitous Enzyme // J. Mol. Evol. Springer US, 2017. Vol. 0, № 0. P. 0.

Goedecke K., Pignot M., Goody R.S. Structure of the N6-adenine DNA methyltransferase M • Taq I in complex with DNA and a cofactor analog. 2001. P. 121-125.

Martin J.L., McMillan F.M. SAM (dependent) I AM: The S-adenosylmethionine-dependent methyltransferase fold // Curr. Opin. Struct. Biol. 2002. Vol. 12, № 6. P. 783793.

Bujnicki J.M. Sequence permutations in the molecular evolution of DNA methyltransferases. 2002. Vol. 11. P. 1-11.

Kumar S. et al. The DNA ( cytosine-5 ) methyltransferases. 1994. Vol. 22, № 1. P. 1-10.

Cheng X. Structure and evolution of adomet-dependent methyltransferases eric b. fauman 1 *, robert m. blumenthal 2 , and xiaodong cheng 3. 1999. P. 1-38.

Dreyfus C. et al. Crystallographic snapshots of iterative substrate translocations during nicotianamine synthesis in Archaea. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. National Academy of Sciences, 2009. Vol. 106, № 38. P. 16180-16184.

Jansson A. et al. Aclacinomycin 10-hydroxylase is a novel substrate-assisted hydroxylase requiring S-adenosyl-L-methionine as cofactor. // J. Biol. Chem. American Society for Biochemistry and Molecular Biology, 2005. Vol. 280, № 5. P. 3636-3644.

Grocholski T. et al. Divergent evolution of an atypical S -adenosyl- L - methionine -dependent monooxygenase involved in anthracycline biosynthesis. 2015. Vol. 112, № 32. P. 11 -16.

Shao Z. et al. Crystal structure of tRNA m 1 G9 methyltransferase Trm10 : insight into the catalytic mechanism and recognition of tRNA substrate. 2014. Vol. 42, № 1. P. 509-525.

Hori H. Transfer RNA methyltransferases with a SpoU-TrmD ( SPOUT ) fold and their modified nucleosides in tRNA. 2017. P. 1-24.

Lovgren J.M., Wikstrom P.M. The rlmB Gene Is Essential for Formation of Gm2251 in 23S rRNA but Not for Ribosome Maturation in Escherichia coli // J. Bacteriol. 2001. Vol. 183, № 23. P. 6957-6960.

Mallam A.L., Jackson S.E. A Comparison of the Folding of Two Knotted Proteins : YbeA and YibK. 2007. P. 650-665.

Mallam A.L., Jackson S.E. Folding Studies on a Knotted Protein. 2005. P. 1409-1421.

Kawamura T. et al. Transfer RNA Methyltransferases from Thermoplasma acidophilum , a Thermoacidophilic Archaeon. 2015. P. 91-113.

Wang P. et al. Single-Molecule Detection Reveals Knot Sliding in TrmD Denaturation. 2013. P.5909-5916.

Christian T. et al. Methyl transfer by substrate signaling from a knotted protein fold // Nat. Publ. Gr. Nature Publishing Group, 2016. № August.

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

Deng H., O'Hagan D. The fluorinase, the chlorinase and the duf-62 enzymes // Curr. Opin. Chem. Biol. 2008. Vol. 12, № 5. P. 582-592.

Schaffrath C., Deng H., O'Hagan D. Isolation and characterisation of 5'-fluorodeoxyadenosine synthase, a fluorination enzyme from Streptomyces cattleya // FEBS Lett. 2003. Vol. 547, № 1-3. P. 111-114.

Dong C. et al. Crystal structure and mechanism of a bacterial fluorinating enzyme. 2004. Vol. 427, № February. P. 561-565.

Zhu X. et al. Mechanism of Enzymatic Fluorination in Streptomyces cattleya. 2007. № 13. P.14597-14604.

Deng H. et al. Mechanistic Insights into Water Activation in SAM Hydroxide Adenosyltransferase (duf-62) // ChemBioChem. 2009. Vol. 10, № 15. P. 2455-2459.

Leeper F.J. The Biosynthesis of Porphyrins , Chlorophylls , and Vitamin BIZ. 1983. № December.

Fan J. et al. Maize uroporphyrinogen III methyltransferase : Overexpression of the functional gene fragments in Escherichia coli and one-step puri W cation. 2006. Vol. 46. P. 40-46.

Blanche F. et al. Purification and characterization of S-adenosyl-L-methionine: uroporphyrinogen III methyltransferase from Pseudomonas denitrificans. // J. Bacteriol. 1989. Vol. 171, № 8. P. 4222-4231.

Anderson P.J., Entsch B., Mckay D.B. A gene , cobA 1 hemD , from Selenomonas ruminantium encodes a bifunctional enzyme involved in the synthesis of vitamin B 12 q. 2001. Vol. 281. P. 63-70.

Spencer J.B. et al. The Escherichia coli cysG gene encodes the multifunctional protein, siroheme synthase. // FEBS Lett. 1993. Vol. 335, № 1. P. 57-60.

Rehse P.H., Kitao T., Tahirov T.H. Structure of a closed-form uroporphyrinogen-III C-methyltransferase from Thermus thermophilus // Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 2005. Vol. 61, № 7. P. 913-919.

Vévodovâ J. et al. Structure/Function Studies on a S-Adenosyl-l-methionine-dependent Uroporphyrinogen III C Methyltransferase (SUMT), a Key Regulatory Enzyme of Tetrapyrrole Biosynthesis // J. Mol. Biol. 2004. Vol. 344, № 2. P. 419-433.

Stroupe M.E. et al. CysG structure reveals tetrapyrrole-binding features and novel regulation of siroheme biosynthesis // Nat. Struct. Biol. 2003. Vol. 10, № 12. P. 10641073.

Storbeck S. et al. Crystal structure of the heme d 1 biosynthesis enzyme NirE in complex with its substrate reveals new insights into the catalytic mechanism of S-adenosyl-L-methionine-dependent uroporphyrinogen III methyltransferases // J. Biol. Chem. 2011. Vol. 286, № 30. P. 26754-26767.

Singh W. et al. Conformational Dynamics, Ligand Binding and Effects of Mutations in NirE an S-Adenosyl-L-Methionine Dependent Methyltransferase // Sci. Rep. Nature Publishing Group, 2016. Vol. 6, № October 2015. P. 2-10.

Warren M.J., Scott A.I. Tetrapyrrole assembly and modification into the ligands of biologically functional cofactors. // Trends Biochem. Sci. 1990. Vol. 15, № 12. P. 486491.

167. Brunt R.D. et al. Biosynthesis of vitamin B 12 : synthesis of (±)-[5- 13 C]faktor-1 ester: determination of the oxidation state of precorrin-1 // J. Chem. Soc., Chem. Commun. The Royal Society of Chemistry, 1989. № 7. P. 428-431.

168. Warren M.J. et al. Uroporphyrinogen III methylase catalyzes the enzymic synthesis of sirohydrochlorins II and IV by a clockwise mechanism // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 1990. Vol. 112, № 13. P. 5343-5345.

169. Scott A.I. et al. The structure of sirohydrochlorin I, a dimethylisobacteriochlorin derived from uroporphyrinogen I // J. Chem. Soc., Chem. Commun. Chemical Society, 1989. № 9. P. 522-525.

170. Nicolet Y., Drennan C.L. AdoMet radical proteins--from structure to evolution—alignment of divergent protein sequences reveals strong secondary structure element conservation // Nucleic Acids Res. 2004. Vol. 32, № 13. P. 4015-4025.

171. Ginalski K. et al. 3D-Jury: a simple approach to improve protein structure predictions // Bioinformatics. 2003. Vol. 19, № 8. P. 1015-1018.

172. Grell T.A.J., Goldman P.J., Drennan C.L. SPASM and Twitch domains in S-Adenosylmethionine (SAM) radical enzymes // Journal of Biological Chemistry. 2015. Vol. 290, № 7. P. 3964-3971.

173. Chatterjee A. et al. Reconstitution of ThiC in thiamine pyrimidine biosynthesis expands the radical SAM superfamily // Nat. Chem. Biol. 2008. Vol. 4, № 12. P. 758-765.

174. Mathews I. et al. Crystal Structure of S -Adenosylmethionine : tRNA Ribosyltransferase-Isomerase ( QueA ) from Thermotoga maritima at 2 . 0 Â Resolution Reveals a New Fold. 2005. Vol. 874, № November 2004. P. 869-874.

175. Bale S., Ealick S.E. Structural biology of S-adenosylmethionine decarboxylase // Amino Acids. 2010. Vol. 38, № 2. P. 451-460.

176. Volkov O.A. et al. Relief of autoinhibition by conformational switch explains enzyme activation by a catalytically dead paralog. 2016. P. 1-24.

177. Lu Z.J., Markham G.D. Metal Ion Activation of S -Adenosylmethionine Decarboxylase Reflects Cation Charge Density T // Biochemistry. 2007. Vol. 46, № 27. P. 8172-8180.

178. Sekowska A. et al. S-adenosylmethionine decarboxylase of Bacillus subtilis is closely related to archaebacterial counterparts. // Mol. Microbiol. 2000. Vol. 36, № 5. P. 11351147.

179. Kim A.D. et al. S-Adenosylmethionine decarboxylase from the archaeon Methanococcus jannaschii: identification of a novel family of pyruvoyl enzymes. // J. Bacteriol. 2000. Vol. 182, № 23. P. 6667-6672.

180. Willert E.K., Fitzpatrick R., Phillips M.A. Allosteric regulation of an essential trypanosome polyamine biosynthetic enzyme by a catalytically dead homolog // Proc. Natl. Acad. Sci. 2007. Vol. 104, № 20. P. 8275-8280.

181. Beswick T.C., Willert E.K., Phillips M.A. Mechanisms of Allosteric Regulation of Trypanosoma cruzi S -Adenosylmethionine Decarboxylase ^ // Biochemistry. 2006. Vol. 45, № 25. P. 7797-7807.

182. Bennett E.M. et al. Monomeric S -Adenosylmethionine Decarboxylase from Plants Provides an Alternative to Putrescine Stimulation ^ , * // Biochemistry. 2002. Vol. 41, № 49. P.14509-14517.

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

Toms A. V et al. Evolutionary links as revealed by the structure of Thermotoga maritima S-adenosylmethionine decarboxylase. // J. Biol. Chem. 2004. Vol. 279, № 32. P. 3383733846.

Ekstrom J.L. et al. The crystal structure of human S-adenosylmethionine decarboxylase at 2.25 A resolution reveals a novel fold. // Structure. 1999. Vol. 7, № 5. P. 583-595.

Trievel R.C. et al. Structure and catalytic mechanism of a SET domain protein methyltransferase. // Cell. 2002. Vol. 111, № 1. P. 91-103.

Yokoyama A. et al. Leukemia Proto-Oncoprotein MLL Forms a SET1-Like Histone Methyltransferase Complex with Menin To Regulate Hox Gene Expression // Mol. Cell. Biol. 2004. Vol. 24, № 13. P. 5639-5649.

Kouskouti A. et al. Gene-specific modulation of TAF10 function by SET9-mediated methylation. // Mol. Cell. 2004. Vol. 14, № 2. P. 175-182.

Chuikov S. et al. Regulation of p53 activity through lysine methylation // Nature. 2004. Vol. 432, № 7015. P. 353-360.

Xiao B. et al. Structure and catalytic mechanism of the human histone methyltransferase SET7/9 // Nature. 2003. Vol. 421, № 6923. P. 652-656.

Manzur K.L. et al. A dimeric viral SET domain methyltransferase specific to Lys27 of histone H3. 2003. Vol. 10, № 3.

Cheng X., Collins R.E., Zhang X. Structural and Sequence Motifs of Protein (Histone) Methylation Enzymes // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2005. Vol. 34, № 1. P. 267294.

Aravind L., Iyer L.M. Provenance of SET-Domain Histone Methyltransferases Through Duplication of a Simple Structural Unit nd sc ie nc ot fo r d is t rib ut. 2003. № August. P. 369-376.

Luo M. Chemical and Biochemical Perspectives of Protein Lysine Methylation: review-article // Chem. Rev. American Chemical Society, 2018. Vol. 118, № 14. P. 6656-6705.

Komoto J. et al. Crystal Structure of the S -Adenosylmethionine Synthetase Ternary Complex: A Novel Catalytic Mechanism of S -Adenosylmethionine Synthesis from ATP and Met T , * // Biochemistry. 2004. Vol. 43, № 7. P. 1821-1831.

Taylor J.C., Markham G.D. Conformational dynamics of the active site loop of S-adenosylmethionine synthetase illuminated by site-directed spin labeling. // Arch. Biochem. Biophys. 2003. Vol. 415, № 2. P. 164-171.

Shafqat N. et al. Insight into S-adenosylmethionine biosynthesis from the crystal structures of the human methionine adenosyltransferase catalytic and regulatory subunits. // Biochem. J. Portland Press Ltd, 2013. Vol. 452, № 1. P. 27-36.

Huai Q. et al. Crystal structures of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) synthase in complex with aminoethoxyvinylglycine and pyridoxal-5'-phosphate provide new insight into catalytic mechanisms. // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276, № 41. P. 38210-38216.

Capitani G. et al. Structure of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase in complex with an amino-oxy analogue of the substrate: implications for substrate binding. // Biochim. Biophys. Acta. 2003. Vol. 1647, № 1-2. P. 55-60.

Fuqua C., Parsek M.R., Greenberg E.P. Regulation of Gene Expression by Cell-to-Cell

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

Communication: Acyl-Homoserine Lactone Quorum Sensing // Annu. Rev. Genet. 2001. Vol. 35, № 1. P. 439-468.

Watson W.T. et al. Structural Basis and Specificity of Acyl-Homoserine Lactone Signal Production in Bacterial Quorum Sensing // Mol. Cell. Cell Press, 2002. Vol. 9, № 3. P. 685-694.

Gould T.A., Schweizer H.P., Churchill M.E.A. Structure of the Pseudomonas aeruginosa acyl-homoserinelactone synthase LasI // Mol. Microbiol. John Wiley & Sons, Ltd (10.1111), 2004. Vol. 53, № 4. P. 1135-1146.

Chung J. et al. Small-molecule inhibitor binding to an N -acyl-homoserine lactone synthase. 2011. P. 2-7.

Weissbach H., Brot N. Regulation of methionine synthesis in Escherichia coli // Mol. Microbiol. John Wiley & Sons, Ltd (10.1111), 1991. Vol. 5, № 7. P. 1593-1597.

Saint-Girons I. et al. Interactions of the Escherichia coli methionine repressor with the metF operator and with its corepressor, S-adenosylmethionine. // J. Biol. Chem. 1986. Vol. 261, № 23. P. 10936-10940.

Rafferty J.B. et al. Three-dimensional crystal structures of Escherichia coli met repressor with and without corepressor // Nature. 1989. Vol. 341, № 6244. P. 705-710.

Phillipst K., Phillips S.E. V. Electrostatic activation of Escherichia coli methionine repressor A TCTGCAGA TCTGCA 6GA TT.

Hedstrom L. IMP Dehydrogenase: Structure, Mechanism, and Inhibition // Chem. Rev. 2009. Vol. 109, № 7. P. 2903-2928.

Aguado-Llera D. et al. The CBS domain protein MJ0729 of Methanocaldococcus jannaschii binds DNA // FEBS Lett. 2010. Vol. 584, № 21. P. 4485-4489.

Baykov A.A., Tuominen H.K., Lahti R. The CBS Domain: A Protein Module with an Emerging Prominent Role in Regulation // ACS Chem. Biol. American Chemical Society, 2011. Vol. 6, № 11. P. 1156-1163.

Ereño-Orbea J., Oyenarte I., Martínez-Cruz L.A. CBS domains: Ligand binding sites and conformational variability // Arch. Biochem. Biophys. 2013. Vol. 540, № 1-2. P. 70-81.

Bateman A. The structure of a domain common to archaebacteria and the homocystinuria disease protein. // Trends Biochem. Sci. 1997. Vol. 22, № 1. P. 12-13.

Lucas M. et al. Binding of S -Methyl-5 ' -Thioadenosine and S -Adenosyl- L- Methionine to Protein MJ0100 Triggers an Open-to-Closed Conformational Change in Its CBS Motif Pair // J. Mol. Biol. Elsevier Ltd, 2010. Vol. 396, № 3. P. 800-820.

Anashkin V.A., Baykov A.A., Lahti R. Enzymes regulated via cystathionine ß-synthase domains // Biochem. 2017. Vol. 82, № 10. P. 1079-1087.

Zhang F.L., Casey P.J. PROTEIN PRENYLATION : Molecular Mechanisms and Functional Consequences. 1996.

Wright L.P. et al. Topology of Mammalian Isoprenylcysteine Carboxyl Methyltransferase Determined in Live Cells with a Fluorescent Probe □. 2009. Vol. 29, № 7. P. 1826-1833.

Diver M.M., Long S.B. Mutational Analysis of the Integral Membrane Methyltransferase Isoprenylcysteine Carboxyl Methyltransferase ( ICMT ) Reveals Potential Substrate

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

Binding Sites *. 2014. Vol. 289, № 38. P. 26007-26020.

Yang J. et al. Short Article Mechanism of Isoprenylcysteine Carboxyl Methylation from the Crystal Structure of the Integral Membrane Methyltransferase ICMT // Mol. Cell. Elsevier Inc., 2011. Vol. 44, № 6. P. 997-1004.

Diver M.M. et al. Atomic structure of the eukaryotic intramembrane Ras methyltransferase ICMT. 2018. Vol. 553, № 7689. P. 526-529.

Schubert H.L. et al. The X-ray structure of a cobalamin biosynthetic enzyme, cobalt-precorrin-4 methyltransferase // Nat. Struct. Biol. 1998. Vol. 5, № 7. P. 585-592.

Liscombe D.K., Facchini P.J. Evolutionary and cellular webs in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis // Curr. Opin. Biotechnol. 2008. Vol. 19, № 2. P. 173-180.

Zakharyan R. et al. Enzymatic Methylation of Arsenic Compounds: Assay, Partial Purification, and Properties of Arsenite Methyltransferase and Monomethylarsonic Acid Methyltransferase of Rabbit Liver // Chem. Res. Toxicol. 1995. Vol. 8, № 8. P. 10291038.

Lomax C. et al. Methylated arsenic species in plants originate from soil microorganisms // New Phytol. 2012. Vol. 193, № 3. P. 665-672.

Ni X., Hager L.P. Expression of Batis maritima methyl chloride transferase in Escherichia coli // Proc. Natl. Acad. Sci. 2002. Vol. 96, № 7. P. 3611-3615.