Ytillustrationer av enzymet Mmp10, som visar (överst) proteinet med den kompletta uppsättningen av kofaktorer som krävs för att den enzymatiska reaktionen ska inträffa (nämligen:SF4-klustret, SAM och kobalamin COB), och (nederst) enzymet i verkan samtidigt som den tar emot peptiden för metylöverföring. Forskargruppen har belyst reaktionens kristallografiska detaljer och föreslagit en mekanism genom vilken proteinet aktiverar ett partnerprotein som står som en viktig bidragsgivare till naturligt förekommande metanproduktion i archaea, som står för ungefär två tredjedelar av den globala metanproduktionen. Kredit:Leo Chavas
Medan metan står för cirka 16 % av överflödet i atmosfären av växthusgaser – som även inkluderar koldioxid, lustgas, vattenånga – är det mer än 25 gånger bättre än koldioxid på att fånga upp värme. Två tredjedelar av det globala metanutsläppet tros ske genom naturliga utsläpp under anaerob aktivitet av primitiva encelliga mikroorganismer som kallas archaea. Att förstå den exakta mekanismen genom vilken arkéer producerar metan kan leda till teknik som minskar arkéernas metanproduktion och hjälper till i kampen mot den globala uppvärmningen.
Archaea skiljer sig från bakterier främst på grund av deras livsmiljö och energikällor. De så kallade metanogen archaea avger metan som en biprodukt av energigenerering som är nödvändig för deras överlevnad. Den biomolekyl som är ansvarig för metanbildningen är det så kallade Methyl-Coenzyme M Reductase (eller MCR)-proteinet som inducerar den kemiska omvandlingen. För att MCR ska katalysera denna reversibla reaktion måste den aktiveras av ett partnerprotein som tillhör superfamiljen av B12-beroende radikal S-Adenosyl-L-Methionine (eller SAM) enzymer.
Superfamiljen av radikala SAM-enzymer innehåller över 200 000 oberoende sekvenserade proteiner. Det har förknippats med en mängd naturliga processer, inklusive biosyntesen av antibiotika och klorofyll. Ett av dessa nyckelenzymer (Mmp10) är ansvarigt för aktiveringen av MCR-proteinet och är därför involverat i regleringen av dess metanbildning. Allmänheten av SAM-enzymer i biosfären återspeglar deras betydelse för att katalysera reaktioner som är grundläggande för alla typer av liv. Men mekanismerna som balanserar deras biologiska aktiviteter är fortfarande dåligt förstådda.
För att dechiffrera Mmp10 SAM-enzymets aktiviteter samlade Dr. Olivier Berteau, från Micalis Institute, Université Paris-Saclay, ett team av vetenskapliga experter med olika kompletterande expertområden, inklusive andra forskare från det universitetet, Aix Marseille University och Synchrotron SOLEIL i Frankrike, samt Nagoya University i Japan. Resultaten av undersökningen publicerades online i tidskriften Nature den 2 februari 2022.
Nyckeln till aktiviteten hos B12-beroende radikal SAM-enzymer är en enkel men kraftfull mekanism för att utlösa den katalytiska reaktionen. Svårigheten att få enzymet att samtidigt rymma alla aktörer som är involverade i reaktionen har inneburit att lite strukturell information hade funnits tillgänglig som kunde hjälpa till att förklara hur reaktionen fungerar.
För att råda bot på detta kombinerade forskargruppen kristallografiska resultat med biokemiska och biofysiska data för att förklara hur B12-beroende radikala SAM-proteiner reglerar sin aktivitet, ner till detaljer på atomnivå. Den enzymatiska Mmp10-mekanismen avbildades med alla reaktionsaktörer närvarande.
Resultaten av denna forskning har implikationer för utvecklingen av bioteknik som skulle kontrollera viktiga enzymatiska händelser, särskilt de som är inblandade i metanutsläpp, och hjälpa till i kampen mot den globala uppvärmningen.
Medförfattare professor Leo Chavas, från Nagoya University, är exalterad över resultaten av denna långtidsundersökning. "Totalt 137 proteiner screenades vid en ledande synkrotronanläggning i Frankrike för att få en glimt av dessa sällsynta händelser, som är så svåra att fånga. Denna forskning öppnar också dörren till bioteknisk utveckling."
