Revealing the catalytic strategy of FTO

AlkB 化学 催化作用 脱甲基酶 分子动力学 元动力学 活动站点 基质(水族馆) 核糖核酸 分子力学 过渡状态 突变体 立体化学 生物物理学 DNA 基因 计算化学 生物化学 生物 DNA修复 生态学 组蛋白
作者
Ann Varghese,Sodiq O. Waheed,Shobhit S. Chaturvedi,Isabella DiCastri,Ciara LaRouche,Brendan Kaski,Nicolai Lehnert,Deyu Li,Christo Christov,Tatyana G. Karabencheva‐Christova
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (9): 100732-100732
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100732
摘要

The fat-mass and obesity-associated protein (FTO) is an Fe(II)- and 2-oxoglutarate (2OG)-dependent oxygenase of the AlkB family and is linked with obesity and cancer. The enzyme is identified as a single-stranded (ss)DNA/RNA demethylase with N6-methyladenine (m6A) modification in RNA as its most favorable substrate. Here we used molecular dynamics (MD), metadynamics (MetD), and hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) calculations to reveal the catalytic mechanism of FTO with pentanucleotide-ssRNA(m6A) substrate and elucidate the effects of clinically significant mutations R316Q and S319F. The calculations explored the catalytic mechanism of the O2 activation and substrate oxidation in the wild-type (WT) FTO, revealing that different networks of residues stabilize the transition states of the different reaction steps. The mutations influence the interactions in the jelly-roll motif and loops in FTO, and, in particular, S319F strongly affects the substrate binding. The R316Q mutant slows down the O2 activation and hydrogen atom transfer (HAT) rates, in agreement with experimental studies.

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