Methyltransferasen

Methyltransferasen sind Enzyme, die die Übertragung einer Methylgruppe von einem Donormolekül auf ein Akzeptormolekül katalysieren. Der meist verwendete Donor ist S-Adenosylmethionin (SAM); das Produkt entsteht als S-adenosylhomocystein (SAH). Durch Methylierung können unterschiedlichste Substrate modifiziert werden, darunter DNA, RNA, Proteine oder kleine Moleküle, wodurch Struktur, Stabilität, Aktivität und Interaktionen beeinflusst werden.

Substrate und Funktionen: DNA-Methyltransferasen fügen Methylgruppen an Cytosin- oder Adeninbasen in DNA an und tragen so zur Genomregulation, Imprinting und zum Schutz gegen Transposons bei. In Eukaryoten sind DNMT1, DNMT3A/3B bedeutend; in Bakterien beteiligen sich Methyltransferasen an Schutz gegen Abwehrmechanismen in Restriktions-Systemen. RNA-Methyltransferasen modifizieren rRNA, tRNA, snRNA oder mRNA-Kappen; METTL3/METTL14 wirken als zentrale m6A-Methyltransferase-Komplexe; Cap-Methyltransferasen beeinflussen Übersetzung und Stabilität von mRNA. Proteinmethyltransferasen modifizieren Histone und andere Proteine, vor allem Lysin- oder Argininreste; dadurch verändern sie Chromatinzugänglichkeit und Transkriptionsaktivität (z. B. SET-Domain-HMTs wie EZH2; PRMTs). Kleine Molekül-Methyltransferasen betreiben Methylierungen in Stoffwechselwegen, etwa COMT oder NNMT.

Klassifikation und Mechanismen: Methyltransferasen werden grob nach ihrem Substrat unterschieden – DNA-, RNA-, Protein- und Small‑Molecule‑Methyltransferasen. Obwohl der SAM‑abhängige Mechanismus gemeinsam ist, unterscheiden sich aktive Zentren, Substratbindung und Regulation erheblich. Strukturell gehören sie zu verschiedenen Familien, darunter Rossmann‑Fold‑Enzyme und SET-Domain‑Proteine.

Biologische und klinische Bedeutung: Methyltransferasen spielen Schlüsselrollen in Entwicklung, Epigenetik, RNA‑Biologie und Stoffwechsel. Fehlregulation ist mit Krebs, neurologischen Erkrankungen und Stoffwechselstörungen assoziiert. Inhibitoren von DNA‑ und Histon‑Methyltransferasen werden in der Forschung und in der Krebstherapie eingesetzt oder geprüft, um aberrante Methylierungsmuster zu korrigieren.