〜 おへその乱読1000本ノック #0122 ～ S-アデノシルメチオニン（SAM）：メチル基供与体を超える多機能生体分子

　ようこそ第122回 おへその乱読1000本ノックへ。
　前回は、一炭素代謝が葉酸回路、メチオニン回路、トランススルフレーション経路を介して、老化や神経変性に関与する仕組みを見てきました。今回はその中心代謝物であるS-アデノシルメチオニン（SAM）に焦点を絞り、SAMがメチル基供与体という枠を超えて、どのような酵素反応に利用されているのかを取り上げます。
　Leeら（2023）は、SAMによるACP基、カルボキシメチル基、アデノシル基、アミノ基などの転移に加え、分子内環化、メチル化を起点とする連続反応、反応中間体の安定化、補欠分子族としての働きを整理した総説です。また、典型的なメチル基転移酵素フォールドをもつ酵素だけでなく、異なる構造をもつSAM依存性酵素にも視野を広げています。本稿では、SAMを単なるメチル基供与体ではなく、多様な化学反応を可能にする生体分子ツールとして捉えていきます。
　こうした多機能性を知ると、SAMTORによるSAM感知の意味も違って見えてきます。SAMはメチオニン充足を伝えるシグナルである前に、多彩な酵素反応へ実際に投入される代謝物です。したがって、細胞がSAM濃度を感知することは、メチル化能だけでなく、より広いSAM利用能力を監視する仕組みとして捉えられるかもしれません。これは本総説が直接示した結論ではありませんが、SAMTORと一炭素代謝をつなげて考えるうえで重要な視点となると思います。

1．SAMはメチル基供与体を超えて多様な酵素反応に利用される

　S-アデノシルメチオニン（S-adenosyl-L-methionine：SAM、AdoMet）は、原核生物と真核生物に広く存在するスルホニウム化合物であり、一炭素代謝における主要なメチル基供与体として知られている。SAM依存性メチル基転移反応では、SAMから炭素、酸素、窒素、硫黄原子へメチル基が転移される。SAM依存性メチル基転移酵素として注釈されたタンパク質配列は約300万件に達しており、SAMが生物界で広く利用されていることを示している。
　しかし、SAMを利用する酵素のすべてがメチル化反応を触媒するわけではない。ラジカルSAM酵素は、CX₃CX₂Cモチーフを介して［4Fe–4S］クラスターを結合し、SAMから5′-デオキシアデノシルラジカルを生じさせることで、多様なラジカル反応を開始する。一方、本総説では、こうしたラジカル反応ではなく、Lewis酸・塩基化学に基づく非ラジカル型のSAM依存性反応を対象とする。
　非ラジカル型の反応では、SAMはメチル基以外の官能基を供与するほか、環化や構造再編成を誘導し、反応中間体の安定化や酵素機能の維持にも利用される（図1）。これらの酵素には、典型的なメチル基転移酵素フォールドをもつものだけでなく、異なる構造をもつものも含まれる。そのため、SAM結合能や立体構造だけから、酵素機能をメチル化反応と推定することはできない。
　本総説では、非典型的なSAM利用酵素を、メチル基転移酵素フォールドをもつ酵素と、これをもたない酵素に分けて整理する。SAMは単なるメチル基供与体ではなく、活性部位における配置と反応制御によって、多様な生合成反応を可能にする汎用性の高い代謝物である。

2．メチル基転移酵素フォールドをもつ酵素

　SAMは正に帯電したスルホニウム中心を利用し、多様なアルキル基転移反応においてアルキル基供与体として働く。代表的な例として、メチル基、3-アミノ-3-カルボキシプロピル基（ACP基）、アデノシル基の転移が挙げられ、転移される基の種類に応じて生じる副生成物も異なる（図2）。
　この選択性はSAM自身の性質のみで決まるものではなく、酵素活性部位におけるSAMと受容基質の位置関係によって制御される。また、メチル基転移酵素フォールドをもつ酵素の中には、通常のメチル化だけでなく、非典型的な基転移、分子内環化、連続反応、触媒補助など多様な機能を担うものもある。本章では、こうした反応の多様性を、活性部位の構造とSAMの利用様式の観点から概観する。

2.1　SAM依存性アルキル基転移反応

　SAM依存性アルキル基転移では、受容基質の求核原子がSAMを攻撃し、特定の炭素―硫黄結合が切断される。SAMはACP基を供与するほか、脱炭酸やカルボキシ化を受けることで、アミノプロピル基やカルボキシメチル基の供与体にもなる。どの基が転移されるかは、酵素活性部位におけるSAMと受容基質の配置によって決まる（図3）。

2.1.1　低分子へのACP基転移

　低分子へのACP基転移は、植物や微生物が金属を獲得するための分子の生合成に利用される。代表例のニコチアナミン合成酵素（NAS）は、SAM由来のACP基を縮合してニコチアナミンを形成する。古細菌のMtNASでは、結晶構造解析により、活性部位内でSAMと受容基質が順次配置され、求核攻撃に適した状態がつくられることが示された。細菌のCntLも同様の原理でACP基を転移し、金属獲得分子スタフィロピンの前駆体を形成する（図4）。

　microcin Cの成熟過程でもSAM由来側鎖が導入されるが、ACP基転移と脱炭酸の順序は確定していない（図5）。このほかにもACP基を含む天然物が知られており、この反応は多様な低分子の修飾に利用されている（図6）。

2.1.2　RNAへのACP基転移

　ACP基転移はRNA修飾にも利用される。真核生物と古細菌の18S rRNAでは、Tsr3が特定のウリジン残基へACP基を転移する。Tsr3はRNAメチル基転移酵素に多いSPOUTフォールドをもちながら、メチル基ではなくACP基を選択する。
　Tsr3と近縁のメチル基転移酵素Trm10は類似した位置にSAMを結合するが、活性部位内でのSAMの配置は異なる。Tsr3では保存されたDTWモチーフがACP基転移に関与し、細菌のTapTも同様のモチーフをもってtRNAへACP基を導入する（図7）。この対比は、類似した酵素構造から異なる基転移反応が生じうることを示している。

2.1.3　カルボキシメチル基転移

　SAM自身が修飾されることで、転移可能な基の種類はさらに広がる。細菌tRNAの修飾では、CmoAがSAMからカルボキシSAM（Cx-SAM）を生成し、CmoBがそのカルボキシメチル基をウリジンへ転移する（図8）。

　CmoBの活性部位は、Cx-SAMを通常のSAMと識別できるように構成されている。同様の二酵素系は、3-チアグルタミン酸やmicrocin C様抗生物質の生合成にも利用される（図9）。このようにSAMをあらかじめ修飾して新たなアルキル基供与体をつくり出すことも、反応の多様化に寄与している。

2.1.4　アデノシル基転移

　SAMのアデノシル基を転移する反応では、L-メチオニンが放出される。フルオリナーゼFlAとクロリナーゼSalLは、それぞれフッ化物イオンと塩化物イオンへアデノシル基を転移し、ハロゲン化天然物の前駆体を形成する（図10）。

　構造解析では、求核剤、SAMのC5′炭素、硫黄原子が直線状に配置され、SN2型反応が支持された。DUF62タンパク質も類似した構造をもち、水酸化物イオンへのアデノシル基転移によってSAMを加水分解する（図11）。これらの酵素は典型的なメチル基転移酵素フォールドをもたず、SAM利用酵素が構造的に異なる系統にも広がっていることを示している。

2.2　SAMの分子内環化

　SAMのスルホニウム中心は高い求電子性をもつため、分子間反応だけでなく、SAM分子内の求核基による攻撃も受ける。これによりSAMのアミノカルボキシプロピル鎖は環化し、3員環、4員環、5員環を形成しうる（図12）。
　非酵素的にはホモセリンラクトンへの5員環化が起こる一方、酵素反応では天然物生合成に必要な特定の環構造が選択的に形成される。以下では、このうちメチル基転移酵素フォールドをもつ酵素による環化反応を取り上げる。

2.2.1　アゼチジン-2-カルボン酸の形成

　アゼチジン-2-カルボン酸（AZE）は4員環をもつ非タンパク質性アミノ酸であり、ニコチアナミンやムギネ酸類を含む複数の天然物に組み込まれている。近年、VioHとAzeJがSAMを直接AZEへ変換する酵素として同定され、BnvIにも同様の反応が提案された（図13）。
　VioHはアルカリ性条件で活性が高まることから、一般塩基がSAMのアミノ基による分子内求核攻撃を促進すると考えられている。ただし、これらの酵素の立体構造は未解明であり、4員環化を促しつつ5員環化を回避する基質配置の仕組みも明らかになっていない。

2.2.2　シクロプロパン環の形成

　SAM由来の炭素鎖は、二酵素カスケードによってシクロプロパン環の形成にも利用される。CC-1065の生合成では、ラジカルSAM酵素C10PとSAM依存性メチル基転移酵素C10Qが協働し、スピロシクロプロパン構造を形成する（図14）。
　提案されている機構では、まずC10PがSAM由来のメチレン基を基質へ導入し、続いてC10Qが分子内脱離を促してシクロプロパン環を閉じる。同様の反応はギルブスマイシンやヤタケマイシンの生合成にも関与すると考えられているが、詳細な触媒機構は未確定である。

2.3　メチル化により誘導される連続反応

　SAM依存性メチル化は単なる最終修飾にとどまらず、反応性の高いカルボカチオンやスルホニウム中間体を生じさせ、後続する環化や転位を開始することがある。こうした反応では、メチル化を起点として骨格形成が連続的に進行し、複雑な天然物骨格が形成される（図15）。

2.3.1　テルペン環化

　16炭素テルペンであるソドリフェンの生合成では、SodCがファルネシル二リン酸（FPP）をメチル化し、環化と骨格再編成を伴ってプレソドリフェン二リン酸を形成する。続いてSodDがこの中間体をソドリフェンへ変換する（図16）。
　提案機構では、SAMによるFPPのπメチル化でカルボカチオンが生じ、環化、環縮小、ヒドリド移動、メチル移動が連続して進行する。SodC活性部位のTyr–His対が後半の転位を誘導すると考えられているが、この機構は主として構造予測と計算解析に基づくものである。

2.3.2　Pictet–Spengler型転位

　テレオシジン類の生合成では、SAM依存性メチル基転移酵素TleDがテレオシジンA1のイソブテニル基をメチル化する。生じたカルボカチオンはヒドリド移動、分子内求電子芳香族置換、Pictet–Spengler型転位を連続して受け、複数の環化生成物へ変換される（図17）。
　TleDは六量体として機能し、活性部位は隣接する二つのサブユニットの境界に形成される。疎水性に富むこの活性部位が水によるカルボカチオンの消去を防ぎ、基質を連続反応に適した配置で保持すると考えられている。

2.3.3　Stevens転位

　エキノマイシン生合成では、SAM依存性メチル基転移酵素Ecm18が、前駆体トリオスタチンのジスルフィド結合をメチルチオアセタール結合へ再編成する。この反応では硫黄原子のメチル化によってスルホニウム中間体が生じ、続くStevens転位によって新たな炭素―硫黄結合が形成される（図18）。
　Ecm18の結晶構造では、SAH、生成物、His115が反応に適した位置に配置されており、His115が脱プロトン化を介して硫黄イリド形成を促す可能性が示された。ただし転位の詳細な機構については、環状中間体を経る経路、イオン機構、ラジカル機構の三案が提案されている。

2.3.4　アルカロイド環化

　ピロロインドリンアルカロイドの生合成でも、メチル化と環化が連続して進行する。フィゾスチグミン生合成では、PsmDがインドール環のC3をメチル化してイミニウム中間体を形成し、近接するアミド窒素の分子内付加によって縮合環を生じさせる（図19）。
　同様の反応はノカルジオアジンBでも報告されており、インジミシンでも提案されている。これらの反応では、酵素による最初のアルキル化を起点として、その後の環化が非酵素的に進行すると考えられている。

2.4　補欠分子族としてのSAM

　SAMは基転移反応の供与体として消費されるだけでなく、反応中に化学構造を変えずに酵素へ結合したまま触媒を支えることがある。この場合、SAMは酵素構造の維持、基質認識、反応中間体の静電的安定化などを担う補欠分子族として機能する。以下では、メチル基転移酵素フォールドを保持しながら、環化、脱水、ヒドロキシ化、脱炭酸へと機能転換した酵素を取り上げる。

2.4.1　LepIによるレポリン生合成

　レポリンC生合成に関わるLepIは、SAM依存性O-メチル基転移酵素として注釈されているが、実際には基質の立体選択的脱水と、それに続く位置選択的なヘテロDiels–Alder反応を触媒する。さらに、副反応で生じた環化生成物をretro-Claisen転位によってレポリンCへ変換する（図20）。
　LepIに結合したSAMは反応中に消費されず、補欠分子族として触媒を支える。正電荷をもつSAM類縁体シネファンギンが活性を支持する一方、SAHは活性を支持しないことから、SAMのスルホニウム正電荷が重要と考えられる。構造解析ではHis133とArg295が基質の脱水と環化を支える主要残基として示されたが、SAMは基質から離れて配置されており、その正電荷が触媒に寄与する仕組みは完全には明らかになっていない。

2.4.2　SpnFとSpnLによるスピノシン生合成

　スピノシンA生合成に関わるSpnFとSpnLも、SAM依存性メチル基転移酵素に類似した構造をもつが、メチル基転移は行わない。SpnFは分子内［4＋2］環化付加を促進し、SpnLはその後の環化によってスピノシン骨格を形成する（図22）。

　SpnFは非酵素反応と比べて環化速度を約500倍高めることから、基質を反応に適した立体配座へ保持し、遷移状態を安定化すると考えられている。SpnFとSpnLにはSAMまたはSAHが結合しており、補欠分子族として酵素構造を支えている可能性が高い。ただし、SAM結合フォールドをもつ環化酵素のすべてがSAMを必要とするわけではなく、IccDなどの酵素ではSAM非依存的に反応が進行する（図24）。

2.4.3　SlnMによるサリノマイシン生合成

　サリノマイシン生合成に関わるSlnMは、前駆体の脱水とスピロ環化を触媒する。SAMはこの反応に必須であるが消費されず、シネファンギンでも活性を支持できることから、SAMの正に帯電したスルホニウム中心が触媒に関与すると考えられている（図25）。
　Asp58またはAsp186が一般酸として脱水を促し、これらの残基に生じる負電荷をSAMが静電的に安定化する機構が提案されている。ただし、SlnMの立体構造は未解明であり、SAM、基質、触媒残基の正確な位置関係は明らかになっていない。

2.4.4　SAM依存性ヒドロキシラーゼ

　RdmBはアントラサイクリン生合成において、脱炭酸と酸素付加を組み合わせたヒドロキシ化反応を触媒する。反応では脱炭酸によってアニオン性中間体が生じ、SAMがその負電荷を静電的に安定化すると考えられている。続いて分子状酸素が取り込まれ、還元型グルタチオン存在下でヒドロキシ化生成物が形成される（図26）。

　RdmBは近縁のO-メチル基転移酵素DnrKと高い配列相同性をもつが、活性部位のわずかな違いによって反応が分岐する。RdmBでは溶媒チャネルが閉じられ、脱炭酸で生じたアニオン性中間体のプロトン化が抑えられる。DnrKの活性部位をRdmB型へ改変するとヒドロキシラーゼ活性が生じることから、溶媒からの遮断が機能転換の鍵であることが示された（図27）。

　ヒトのミトコンドリア複合体I形成因子NDUFAF5も、SAM結合モチーフとRdmBに似た予測構造をもち、NDUFS7のアルギニン残基をヒドロキシ化すると考えられている。ただし酵素活性は生体外で再構成されておらず、SAM依存性や反応機構は未確定である（図28）。

2.4.5　SAM依存性デカルボキシラーゼ

　brevione E生合成に関わるBrvOは、SAM依存性メチル基転移酵素として注釈されているが、前駆体の二重結合異性化と脱炭酸を促進すると考えられている（図29）。反応では脱炭酸後にオキシアニオン中間体が生じ、SAMがその負電荷を静電的に安定化する可能性がある。ただし、BrvOの解析はまだ限定的であり、SAHやシネファンギンがSAMを代替できるかも検証されていない。したがって、SAMが構造維持と触媒のいずれに寄与するのかは未解明である。

2.5　求核剤としてのSAM

　SAMは通常、正に帯電したスルホニウム中心をもつ求電子剤として働く。しかし一部の酵素反応では、SAM由来の硫黄イリドが形成され、求核的に反応すると考えられている。以下では、カルボキシSAMの生成とキューオシン生合成を例に、SAMの反応性が通常の求電子性を超えて拡張される仕組みを取り上げる。

2.5.1　カルボキシSAMの形成

　tRNA修飾に用いられるカルボキシSAM（Cx-SAM）は、CmoAがSAMのメチル基をカルボキシ化することで生成する。この反応ではプレフェン酸が二酸化炭素の供給源となり、SAMのメチル基が求核的に反応すると考えられている（図30）。
　提案機構では、プレフェン酸の脱炭酸に伴って生じる水酸化物イオンがSAMのメチル基を脱プロトン化し、硫黄イリドを形成する。続いてこのイリドが二酸化炭素を攻撃し、Cx-SAMが生成する。重水素標識実験と計算解析はこの硫黄イリド中間体の関与を支持するが、反応が協奏的に進行する可能性も残されている。CmoAの疎水性活性部位は、SAMメチル基の酸性度と水酸化物イオンの塩基性を高め、この反応を可能にすると考えられる。

2.5.2　キューオシン生合成

　tRNA修飾塩基キューオシンの生合成に関わるQueAも、SAM由来の硫黄イリドを利用すると考えられている。QueAはSAMのリボース部分をtRNA上の修飾グアニン塩基へ転移し、同時にリボース骨格を異性化する（図31）。
　提案機構では、SAMの脱プリン化によってビニルスルホニウム中間体が生じ、これにtRNA基質のアミノ基が付加して硫黄イリドを形成する。続いてCorey–Chaykovsky型反応によってエポキシド中間体が生じ、メチオニンが脱離する。この反応順序は速度論解析と整合するものの、基質を結合したQueAの構造はまだ得られておらず、SAMとtRNAが活性部位内でどのように配置されるかは未解明である。

2.6　アミノ基供与体としてのSAM

　SAMはアミノ基供与体としても利用されるが、これまでに報告された例はBioAとRquAの二つに限られる。BioAはピリドキサール5′-リン酸（PLP）依存性アミノ基転移酵素であり、ビオチン生合成においてSAMからアミノ基を受け取り、7-ケト-8-アミノペラルゴン酸（KAPA）を7,8-ジアミノペラルゴン酸（DAPA）へ変換する。反応機構は一般的なPLP依存性アミノ基転移と同様であり、SAMが遊離アミノ酸の代わりにアミノ基供与体として使われる（図32A）。
　一方、ロドキノン生合成に関わるRquAはPLPを用いず、SAMのα-アミノ基をユビキノンへ転移してロドキノンを形成する。RquAはSAM依存性メチル基転移酵素に類似するが、Rossmann型メチル基転移酵素に典型的なDXXXGXGモチーフを欠き、活性にはMn²⁺と酸素を必要とする（図32B）。同位体標識解析から、反応に伴ってSAMが二酸化炭素、5′-メチルチオアデノシン（MTA）、アルデヒド断片へ酸化的に分解されることが示唆されている。ただし、アミノ基転移へ至る詳細な機構については複数の経路が提案されており、まだ確定していない（図32C、D）。

3．典型的なメチル基転移酵素フォールドをもたない酵素

　第2章では、メチル基転移酵素フォールドを基盤として、基転移、環化、転位、触媒補助へと機能を広げたSAM依存性酵素を見てきた。一方、SAMを利用する酵素の中には、典型的なメチル基転移酵素フォールドをもたず、その進化的起源や構造的関係が明確でないものも存在する。
　これらの酵素も、SAMのスルホニウム中心がもつ反応性を利用しながら、シクロプロパン形成、脱離反応、ポリケチド生合成など多様な化学反応を触媒する。本章では、ピリドキサール5′-リン酸（PLP）依存性酵素とポリケチド合成酵素を取り上げ、SAM利用反応がメチル基転移酵素とは異なる構造系統へどのように広がっているのかを見ていく。

3.1　ピリドキサール5′-リン酸依存性酵素

　ピリドキサール5′-リン酸（PLP）依存性酵素の中にも、SAMを基質として利用するものが存在する。これらの酵素では、SAMがPLPと外部アルジミンを形成することでα炭素の反応性が高まり、通常は起こりにくい分子内環化や脱離反応が可能になる。以下では、SAMからシクロプロパン環を形成する反応と、MTAの脱離を起点として多様な炭素―炭素結合や炭素―窒素結合を形成する反応を取り上げる。

3.1.1　シクロプロパン環の形成

　1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸（ACC）は、植物ホルモンであるエチレンの前駆体として知られる。SAMからACCを形成するには、通常は脱プロトン化されにくいα炭素を活性化する必要がある。ACC合成酵素はSAMとPLPの外部アルジミンを形成し、α炭素を脱プロトン化してキノノイド中間体を生じさせることで、3-exo-tet型の分子内環化を可能にする（図33）。
　同様の反応は細菌酵素GnmYでも認められ、SAMからACCが形成される。また、天然物Q6402Aなどに含まれる2-メチルACCは、Orf29とOrf30の二酵素系によってつくられる。まずB₁₂依存性ラジカルSAM酵素Orf29がSAMをメチル化し、続いてOrf30がメチル化SAMを環化して2-メチルACCを形成する。Orf30は未修飾SAMもACCへ変換できるが、その活性はGnmYより著しく低く、メチル化SAMが本来の基質と考えられている（図33）。

　ACCまたは2-メチルACCに由来するシクロプロパン構造は、グナファロシド、コリナンチン類、Q6402Aなど複数の天然物に組み込まれている（図34）。ただし、すべての天然物について生合成酵素や反応経路が完全に解明されているわけではない。

3.1.2　MTA脱離を起点とする反応

　PLPとSAMの外部アルジミン形成は、分子内環化だけでなく、MTAの脱離を伴う不飽和中間体の生成にも利用される。生じたビニルグリシン–PLP型中間体は、求核剤または求電子剤との反応を通じて、多様な炭素―窒素結合や炭素―炭素結合の形成に利用される。
　ムラヤマイシン、スフェリミシン、カプラザマイシン、リポシドマイシンは、細菌細胞壁合成を阻害するペプチジルヌクレオシド系天然物であり、共通してADR–GlyU二糖骨格をもつ（図35）。これらの生合成遺伝子群には、ACC合成酵素に類似したPLP依存性酵素Mur24、LipJ、SphLなどが含まれる。

　Mur24はSAMとPLPから不飽和イミニウム中間体を形成し、MTAを脱離させる。続いて基質アミンがaza-Michael付加することで、SAM由来のアミノプロピル鎖が導入される（図36）。この機構は、保存されたPLP結合リジンの変異によって活性が失われることや、同位体標識実験で複数段階の脱プロトン化が示されたことから支持されている。LipJとSphLも同様の反応を触媒する。

　SbzPも同様にSAMからMTAを脱離させるが、その後の反応はMur24とは異なる。SbzPはSAMとβ-NADを基質とし、PLPに結合したキノノイド中間体のγ炭素をNADのニコチンアミド環へ付加させる。さらに活性部位リジンを介した再編成が進み、6-アザテトラヒドロインダン骨格の前駆体が形成される（図37）。SAM添加によって520 nm付近に特徴的な吸収が生じることも、共役したキノノイド中間体の形成を裏づけている。

　CqsAでは、同じSAM–PLP由来中間体のα炭素が脂肪酸アシルCoAへ求核付加する。続く脱炭酸によってEA-CAI-1が形成され、さらに下流酵素によってコレラ菌のクオラムセンシング分子CAI-1へ変換される（図38）。この反応では、SAMの炭素―硫黄結合切断、炭素―炭素結合形成、脱炭酸が一連の過程として進行する。

3.2　ポリケチド合成酵素

　SAM依存性シクロプロパン形成は、遊離SAMを直接環化する反応に限られない。コリバクチン生合成では、SAMはペプチド–ポリケチド鎖の構成単位として担体タンパク質へ結合した後、ポリケチド合成酵素ClbIによって環化される。このシクロプロパン環は、コリバクチンのDNAアルキル化活性に関与すると考えられている。

3.2.1　シクロプロパン環の形成

　まずSAMが非リボソームペプチド合成酵素ClbHのペプチジルキャリアータンパク質ドメインへ結合し、上流のポリケチド合成酵素ClbCからアシル鎖が転移される。続いてClbIが、担体タンパク質に係留されたSAM–アシル鎖を環化し、コリバクチン生合成中間体にシクロプロパン環を形成する（図39）。
　ClbIのケト合成酵素ドメインでは、通常保存されるシステインがSer178に置換されており、この残基をアラニンへ変異させると活性が失われる。機構としては、Ser178が一般塩基としてα位を脱プロトン化し、生成したカルバニオンが3-exo-tet型環化を起こしてMTAを脱離する経路と、Ser178が求核剤としてMTAを置換した後に環化する経路の二案が提案されている。ただし、ClbIとSAM由来中間体を結合したClbHとの複合体構造は得られておらず、Ser178の正確な役割や、反応性の低いα位プロトンがどのように引き抜かれるかは未解明である。

4．結論：SAMの反応多様性はスルホニウム化学に支えられる

　SAMは酵素反応で最も広く利用される基質の一つであり、その代表的な役割はメチル基供与である。しかし本総説で見てきたように、SAMのスルホニウム中心に結合した各置換基は酵素によって選択的に転移され、さらに分子内環化や連続反応へ組み込まれる。加えて、SAMメチル基の脱プロトン化による硫黄イリド形成、MTA脱離を伴う不飽和中間体の生成、アミノ基転移など、単純なアルキル基転移では説明できない反応も明らかになっている。
　これらの反応は多様に見えるが、いずれもスルホニウム化合物に本来備わる化学反応性に基づいている。酵素は活性部位内で基質の配置や静電環境を精密に調節し、複数の反応経路のうち特定の遷移状態を選択的に安定化する。したがって、SAM依存性酵素の反応機構と位置選択性を理解するうえで、基質結合状態を捉えた構造解析は重要な役割を果たしてきた。こうしたスルホニウム化学の利用はSAM依存性酵素だけに限られず、海洋細菌のジメチルスルホニオプロピオン酸（DMSP）リアーゼや、マレイシプロール生合成に関わるBurGにも認められる。
　一方、SAM酵素学には未解明の問題も多く残されている。第2.4節で取り上げた酵素群では、SAMは反応中に共有結合の組み換えや分解を受けないにもかかわらず触媒活性に必要とされる。この場合、SAMは酵素の折りたたみや構造維持に寄与するほか、活性部位の形状や静電環境を変化させることで触媒反応を直接支えている可能性がある。
　また、非典型的なSAM依存性酵素の中には、メチル基転移酵素と共通する構造をもつものと、異なる構造系統に属するものが存在する。共通の祖先からどのように機能が分岐し、現在みられる多様なSAM利用反応が獲得されたのかは、今後の重要な研究課題である。SAMは単なるメチル基供与体ではなく、酵素の活性部位によって多彩な反応性を引き出される生体内スルホニウム試薬であり、その酵素学からは今後も新たな反応が見出されると考えられる。