Metilentetrahidrofolat-reduktaza (MTHFR) jest enzim ograničavanja stope u metilnom ciklusu, koji je kod ljudi kodiran genom MTHFRsa hromosoma 1. Metilentetrahidrofolat-reduktaza katalizira konverziju 5,10-metilentetrahidrofolata u 5-metiltetrahidrofolat, kosupstrat za remetilaciju homocisteina. Prirodne varijacije ovog gena uobičajene su kod inače zdravih ljudi. Iako je prijavljeno da neke varijante utiču na osjetljivost na okluzivnu vaskularnu bolest, defekt nervne cijevi, Alzhheimerovu bolest i druge oblike demencija, kolorektumsaki rak i akutnu leukemiju, nalazi iz malih ranih studija nisu reprodukovani. Neke mutacije ovog gena su povezane sa nedostatkom metilentetrahidrofolat-reduktaze. Nedostatak kompleksa I sa recesivnom spazamskom paraparezom je takođe povezan sa „“ varijantama MTHFR-a. Pored toga, aberantni promoter hipermetilacije ovog gena povezan je sa muškom neplodnošću i ponavljajućim spontanim pobačajima.
Biohemija
U koraku koji ograničava brzinu metilnog ciklusa, MTHFR nepovratno reducira 5,10-metilentetrahidrofolat (supstrat) u 5-metiltetrahidrofolat (proizvod). 5,10-metilen tetrahidrofolat koristi se za pretvaranje dUMP u dTMP za sintezu timidina de novo. 5-metiltetrahidrofolat se koristi za pretvaranje homocisteina (potencijalno toksične aminokiseline) u metionin, pomoću enzima metionin-sintaza. (Imati na umu da se homocistein takođe može pretvoriti u metionin pomoću enzima nezavisnog od folata, betain-homocistein metiltransferaza (BHMT).)
MTHFR sadrži vezani flavinski kofaktor i koristi NAD(P)H kao redukciono sredstvo.
Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 656 aminokiselina, a molekulska težina 74.597 Da.
1020304050 MVNEARGNSSLNPCLEGSASSGSESSKDSSRCSTPGLDPERHERLREKMR RRLESGDKWFSLEFFPPRTAEGAVNLISRFDRMAAGGPLYIDVTWHPAGD PGSDKETSSMMIASTAVNYCGLETILHMTCCRQRLEEITGHLHKAKQLGL KNIMALRGDPIGDQWEEEEGGFNYAVDLVKHIRSEFGDYFDICVAGYPKG HPEAGSFEADLKHLKEKVSAGADFIITQLFFEADTFFRFVKACTDMGITC PIVPGIFPIQGYHSLRQLVKLSKLEVPQEIKDVIEPIKDNDAAIRNYGIE LAVSLCQELLASGLVPGLHFYTLNREMATTEVLKRLGMWTEDPRRPLPWA LSAHPKRREEDVRPIFWASRPKSYIYRTQEWDEFPNGRWGNSSSPAFGEL KDYYLFYLKSKSPKEELLKMWGEELTSEESVFEVFVLYLSGEPNRNGHKV TCLPWNDEPLAAETSLLKEELLRVNRQGILTINSQPNINGKPSSDPIVGW GPSGGYVFQKAYLEFFTSRETAEALLQVLKKYELRVNYHLVNVKGENITN APELQPNAVTWGIFPGREIIQPTVVDPVSFMFWKDEAFALWIERWGKLYE EESPSRTIIQYIHDNYFLVNLVDNDFPLDNCLWQVVEDTLELLNRPTQNA RETEAP
Struktura
thumb|280px|right|Sekundarna struktura MTHFR-a
MTHFR kod sisara sastoji se od N-terminalnog katalitskg domena i C-terminalnoh regulatornog domena. MTHFR ima najmanje dva promotora i dvije izoforme (70 kDa i 77 kDa).
Regulaciija Struktura
Aktivnost MTHFR može biti inhibirana vezivanjem dihidrofolata (DHF) i S-adenozilmetionina (SAM ili AdoMet). MTHFR također može biti fosforiliran – to smanjuje njegovu aktivnost za ~20% i omogućava da ga SAM lakše inhibira.
Genetika Enzim je kodiran pomoću gena sa simbolom MTHFR na hromosomu 1 lokaciji p36.3 kod ljudi.. Postoje varijante sekvence DNK (genetički polimorfizam) povezane sa ovim genom. U izvještaju 2000. godine broj polimorfizama je povećan na 24. Dva najistraživnija suC677T (rs1801133) A1298C (rs1801131) jednonukleotidna polimorfizma (SNP).
C677T SNP (Ala222Val)
MTHFR nukleotid na poziciji 677 u genu ima dvije mogućnosti: C (citozin) ili T (timin). C na poziciji 677 (koja vodi do alanina na aminokiselini 222) je normalan alel. Alel 677T (koji vodi do supstitucije valinom na aminokiselini 222) kodira termolabilni enzim sa smanjenom aktivnošću.
Jedinke sa dvije kopije 677C (677CC) imaju najčešći genotip. 677TT osobe (homozigoti) imaju nižu aktivnost MTHFR od CC ili CT (heterozigotnih) osoba. Oko deset posto populacije Sjeverne Amerike je T-homozigotno za ovaj polimorfizam. Postoji etnička varijabilnost u učestalosti alela T – učestalost kod Mediteranasc/Hispanaca je veća od učestalosti kod kavkazoida koja je, pak, veća nego kod Afrikanaca/Afroamerikanaca.
Stepen termolabilnosti enzima (procijenjen kao rezidualna aktivnost nakon toplotne inaktivacije) je mnogo veći kod osoba 677TT (18–22%) u poređenju sa 677CT (56%) i 677CC (66–67%). Odobe sa 677TT su predisponirani na blagu hiperhomocisteinemiju (visoki nivoi homocisteina u krvi), jer imaju manje aktivan MTHFR dostupan za proizvodnju 5-metiltetrahidrofolata (koji se koristi za smanjenje homocisteina). Nizak unos folatnog vitamina hranom također može uzrokovati blagu hiperhomocisteinemiju.
Nizak unos folata utiče na osobe sa genotipom 677TT u većoj meri nego na one sa 677CC/CT genotipom. 677TT (ali ne i 677CC/CT) osobe sa nižim plazmatskim nivoima folata su pod rizikom od povišenih nivoa homocisteina u plazmi. In studies of human recombinant MTHFR, the protein encoded by 677T loses its FAD cofactor three times faster than the wild-type protein. 5-Methyl-THF usporava brzinu oslobađanja FAD-a u enzimima divljeg tipa i mutantnim enzimima, iako je u mnogo većoj mjeri u mutantnim enzimima. Nizak status folata sa posljedičnim gubitkom FAD-a povećava termolabilnost enzima, pružajući na taj način objašnjenje za normalizirane nivoe homocisteina i metilacije DNK kod osoba 677TT pune folata.
Ovaj polimorfizam i blaga hiperhomocisteinemija povezani su sa defektima neurvne cijevi kod potomaka, povećanim rizikom od komplikacija trudnoće, drugim komplikacijama trudnoće, arterijske i venske tromboze i kardiovaskularna bolest. Osobe sa 677TT 677TT su pod smanjenim rizikom od akutne limfoblastne leukemije i raka debelog crijeva.
Mutacije u "MTHFR" genu mogu biti jedan od faktora koji dovode do povećanog rizika od razvoja shizofrenije. Shizofrenični pacijenti koji imaju alel rizika (T\T) pokazuju više nedostataka u izvršnofunkcijskim zadacima.
Genotip C677T je nekada bio povezan s povećanim rizikom od ponovnog gubitka trudnoće (RPL) kod nekavkazoida, međutim, ova veza je opovrgnuta posljednjih godiina. Smjernice za preporuke Američkog koledža za medicinsku genetiku sada navode da osobe s rekurentnim gubitkom trudnoće ne bi trebale biti testirane na varijante u MTHFR genu.
Također postoji privremena veza između MTHFR mutacija i demencija. Jedno istraživanje starije japanske populacije otkrilo je korelacije između MTHFR 677CT mutacije, Apo E polimorfizma i određenih tipova senilne demencije. Druga istraživanja su otkrila da osobe s mutacijama povezanim s folatom i dalje mogu imati funkcionalni nedostatak čak i kada su razine folata u krvi unutar normalnog raspona, i preporučena suplementacija metiltetrahidrofolata za potencijalno sprječavanje i liječenje demencije (zajedno s depresijom). Studija iz Kine iz 2011. također otkrila je da je C677T jednonukleotidni polimorfizam povezan sa Alzheimerovom bolešću u azijskoj populaciji (iako ne i kod evropeida).
C677T polimorfizam povezan je s rizikom od infarkta miokarda u afričkoj, sjevernoameričkoj i starijoj populaciji.
A1298C SNP (Glu429Ala)
Kod nukleotida 1298 MTHFR, postoje dvije mogućnosti: A ili C. 1298A (dovodi do Glu kod aminokiseline 429) je najčešći, dok je 1298C (koji vodi do zamjene Ala kod aminokiseline 429) rjeđi. 1298AA je "normalan" homozigot, 1298AC heterozigot, a 1298CC homozigot za "varijantu". U studijama ljudskog nrekombinantnog MTHFR, protein kodiran sa 1298C ne može se razlikovati od 1298A u smislu aktivnosti, termolabilnosti, oslobađanja FAD-a ili zaštitnog efekta 5-metil-THF. C mutacija izgleda da ne utiče na MTHFR protein. Ne dovodi do termolabilnog MTHFR i izgleda da ne utiče na nivoe homocisteina. Međutim, utiče na konverziju MTHF u BH4 (tetrahidrobiopterin), važan kofaktor u proizvodnji neurotransmitera i sintezi dušik-oksida.
Bilo je nekih komentara o 'obrnutoj reakciji' u kojoj se tetrahidrobiopterin (BH4) proizvodi kada se 5-metiltetrahidrofolat ponovo konvertuje u metilentetrahidrofolat. Međutim, ovo nije općeprihvaćeno. Smatra se da ta reakcija zahtijeva 5-MTHF i SAMe. Alternativno mišljenje je da 5-MTHF obrađuje peroksinitrit, čime se čuva postojeći BH4, te da nema dokaza da takve 'obrnute reakcije ' nastaju
Polimorfizam MTHFR A1298C majke povezan je sa trudnoćom s Downovim sindromom. Rezultati analize podgrupa i osjetljivosti pokazali su da je ovaj polimorfizam faktor rizika za trudnoću s Downovim sindromom u azijskoj populaciji, ali ne i u populaciji kavkazoida, kao ni u ukupnoj meta-analizi.
MTHFR A1298C može imati ulogu ili kao pokretač u razvoju velikog depresivnog poremećaja ili kao prediktivni ili dijagnostički marker, moguće u kombinaciji sa C677T.
Detekcija MTHFR polimorfizama
ARMS-PCR metod s tripleksnim tetraprimerom razvijena je za simultanu detekciju polimorfizama C677T i A1298C s polimorfizmom A66G MTRR u jednoj PCR reakciji.
Teški nedostatak MTHFR
Teški nedostatak MTHFR-a je rijedak (oko 50 slučajeva širom svijeta) i uzrokovan je mutacijama koje rezultiraju sa 0–20% zaostalom enzimskom aktivnošću. Pacijenti pokazuju kašnjenje u razvoju , disfunkcija motorike i hodanja, napadi i neurološka oštećenja i imaju izuzetno visoke razine homocisteina u plazmi i urinu, kao i niske nivoa metionina normalne plazme. Ovaj nedostatak i mutacije u "MTHFR" također su povezani sa recesivnom spahzamskom paraparezom sa kompleksnim nedostatkom I.
Studija o populaciji kineskih Ujgura pokazala je da je rs1801131 polimorfizam u MTHFR povezan sa nsCL/P u populaciji kineskih Ujgura. S obzirom na jedinstvene genetičke i ekološke karakteristike ujgurske populacije, ovi nalazi mogu biti od pomoći za istraživanje patogeneze ove složene bolesti.
Epigenetika
MTHFR aberantni promotor hipermetilacija povezan je sa muškom neplodnošću. Štaviše, ovaj neprikladan epigenetički fenomen je uočen u uzorcima sperme neplodnih muškaraca koji pripadaju parovima sa historijom ponavljajućeg spontanog pobačaja. Nepravilna hipermetilacija MTHFR promotora može utjecati na dvije bitne uloge DNK metilacije u spermatogenetskim ćelijama, globalnog procesa metilacije genoma i genomskog utiskivanja očevih gena. Pored toga, hipermetilacija promotora gena MTHFR je također povezana sa gubitkom metilacije na H19 utisnutom genu u uzorcima sperme neplodnih muškaraca.
Kao meta lijeka
Inhibitori MTHFR i antisensno ukidanje ekspresije enzima predloženi su kao tretmani za kancer. Aktivni oblik folata, L-metilfolat, može biti prikladan za ciljanje stanja na koje utiče MTHFR polimorfizam.
Reakcija i metabolizam
Ukupna reakcija koju katalizira MTHFR ilustrovana je na desnoj strani. Reakcija koristi donor NAD(P)H hidrida i kofaktor FAD. Enzim E. coli ima snažnu prednost za donor NADH, dok je enzim sisara specifičan za NADPH. center|frame|600px| Metabolizam MTHFR: ciklus folata, ciklus metionina, trans-sulfuracija i hiperhomocisteinemija. 5-MTHF: 5-metiltetrahidrofolat; 5,10-metilentetrahidrofolat; BAX: Bcl-2-pridrućđženi X-protein; BHMT: betain-homocistein S-metiltransferaza, CBS: cistationin beta sintaza; CGL: cistationin gama-liiaza; DHF: dihidrofolat (vitamin B9); DMG: dimetilglicin; dTMP: timidin-monofosfat; dUMP: deoksiuridin-monofosfat; FAD+ flavin adenin.dikukleotid; FTHF: 10-formiltetrahidrofolat; MS: metionin-sintaza; MTHFR: mehtilentetrahidrofolat reduktaza; SAH: S-adenozil-L-homocistein; SAM (SAMe): S-adenozil-L-metionin; THF: tetrahidrofolat.FluoropyrimidineActivity WP1601|highlight=Methylenetetrahydrofolate_reductase
thumb|200px|right| Trakasti dijagram aktivnog mjesta E. coli MTHFR. Flavin kofaktor (vrh) je prikazan u interakciji sa vezanim supstratom NADH. Slika preuzeta sa PDB 1ZPT-
Alternativna medicina