Biological radical sulfur insertion. A study of methylthiotransferases.

Un des problèmes majeurs en enzymologie est la fonctionnalisation de liaisons C-H peu réactives. Ces réactions nécessitent des cofacteurs spécialisés tels que l'hème, des Fer-oxo ou encore la vitamine B12. En 2001, il a été montré que des centres Fe-S particuliers liant la S-Adénosyle méthionine (SAM) pouvaient activer des liaisons C-H non réactives. Les enzymes utilisant ce cofacteur constituent une super-famille appelée « Radical SAM ». Les thiométhyltransférases (MTTases) sont des enzymes « Radical SAM » qui catalysent l'insertion d'un groupe thiométhyle (-SCH3) dans des liaisons C-H non réactives. Par des expériences in vivo et in vitro, nous avons montré qu'on pouvait les regrouper en trois classes. La première classe (RimO) catalyse la formation du β-thiométhylaspartate 89 sur la protéine ribosomale S12 (β-ms-D89-S12) alors que les deux dernières (MiaB et MtaB/eMtaB) catalysent respectivement la thiométhylation des nucléosides 2-methylthio-N6-isopentenyladenosine 37 (ms2i6A-37) et 2-methylthio-N6-threoninecarbamoyl adenosine 37 (ms2t6A-37) de certains ARNts. L'étude in vitro du mécanisme de ces enzymes a permis de démontrer que les MTTases catalysent l'insertion d'un groupement -SCH3 de façon catalytique invalidant l'hypothèse généralement retenue dans la littérature que le soufre inséré dérive de la destruction d'un centre Fe-S.One of the chemically most challenging problems in enzymology is the functionalization of non-reactive C–H bonds. Such reactions require specialized cofactors as heme, Fe-µ-oxo or vitamin B12. In 2001, special Fe-S centers able to bind S-Adenosylmethionine (SAM) have been shown to activate non-reactive C-H bonds toward subsequent functionalization. Enzymes containing this new cofactor constitute a super-family called “Radical SAM”. Methylthiotransferases (MTTases) belong to the “Radical SAM” super-family and catalyse the insertion of a methylthio group (-SCH3) in C-H bonds. By doing in vitro and in vivo experiments, we were able to classify them into three groups. The first class, (RimO) catalyses the formation of β-methylthio-aspartate 89 on the ribosomal protein S12 (β-ms-D89-S12) whereas the two others (MiaB and MtaB/eMtaB) respectively catalyse the thiomethylation of the nucleosides 2-methylthio-N6-isopentenyladenosine 37 (ms2i6A-37) and 2-methylthio-N6-threoninecarbamoyl adenosine 37 (ms2t6A-37) present in some tRNA. Our studies have shown that, in vitro, MTTases catalyse the insertion of a SCH3 group in a catalytic way suggesting entirely new radical sulfur insertion mechanisms