S-アデノシルメチオニン依存性メチルトランスフェラーゼ：生体触媒、生合成、その他のバイオテクノロジー応用における非常に汎用性の高い酵素

S-アデノシルメチオニン（SAM）は、DNA、タンパク質、および小分子二次代謝産物を含むさまざまな生体分子へのメチル基の移動において重要な役割を果たす生命のすべての枝に見られる普遍的な生物学的補因子です。したがって、メチル化プロセスは、産業化学処理におけるさまざまな疾患プロセスと応用に重要な意味を持ちます。このメチル移動は、SAM依存性メチルトランスフェラーゼ（MTase）によって触媒されます。これは、SAM依存性酵素の最大基群です。現在、これらの酵素の構造生物学と酵素学に関してかなりの量が知られています。その結果、生体分子イメージングから生物触媒工業プロセスへのアプリケーションのための新しいMTaseとSAM類似体の開発には、現在、かなりの量が知られています。このレビューでは、クラスIおよびV SAM依存のMTaseの操作における現在の取り組みと、合成SAMアナログの使用に焦点を当て、一緒になってバイオテクノロジーアプリケーションに向けて合理的な再設計に最適な見込みを提供します。第一に、小分子mTaseを組み込んだ生物の代謝工学について説明します。これは、味と抗生物質の産業バイオプロセシングから、バイオ燃料生産とバイオメディエーションのフロンティア研究まで、さまざまな分野で適用できます。第二に、SAMアナログと組み合わせたMTaseの適用がレビューされます。これにより、メチル基以外の部分でタンパク質とオリゴヌクレオチドのタグ付けが可能になります。このようなタグ付けにより、タグ付けされた生体分子の分離が可能になり、さまざまな分析方法による視覚化が支援されます。その後、このレビューでは、MTaseを介した化学の潜在的な利点を要約し、ダウンストリームアプリケーションに関する将来の視点を提供します。

S-adenosyl methionine (SAM) is a universal biological cofactor that is found in all branches of life where it plays a critical role in the transfer of methyl groups to various biomolecules, including DNA, proteins and small-molecule secondary metabolites. The methylation process thus has important implications in various disease processes and applications in industrial chemical processing. This methyl transfer is catalysed by SAM-dependent methyltransferases (MTases), which are by far the largest groups of SAM-dependent enzymes. A significant amount is now known regarding the structural biology and enzymology of these enzymes, and, consequently, there is now significant scope for the development of new MTases and SAM analogues for applications from biomolecular imaging to biocatalytic industrial processes. This review will focus on current efforts in the manipulation of class I and V SAM-dependent MTases and the use of synthetic SAM analogues, which together offer the best prospects for rational redesign towards biotechnological applications. Firstly, metabolic engineering of organisms incorporating small-molecule MTases is discussed; this can be applied in a variety of areas from the industrial bioprocessing of flavourants and antibiotics to frontier research in biofuel production and bioremediation. Secondly, the application of MTases in combination with SAM analogues is reviewed; this allows the tagging of proteins and oligonucleotides with moieties other than the methyl group. Such tagging allows the isolation of the tagged biomolecule and aids its visualisation by a range of analytical methods. The review then summarises the potential advantages of MTase-mediated chemistry and offers some future perspectives on downstream applications.