Protein arginine N-methyltransferases (PRMTs) catalyze the transfer of methyl group(s) from S-adenosyl-L-methionine (AdoMet) to the guanidine group of arginine residue in abundant eukaryotic proteins. Two major types of PRMTs have been identified in mammalian cells. Type I PRMTs catalyze the formation of asymmetric -N G , N G -dimethylarginine (ADMA), while Type II PRMTs catalyze the formation of symmetric -N G , N= G -dimethylarginine (SDMA). The two different methylation products (ADMA or SDMA) of the substrate could lead to different biological consequences. Although PRMTs have been the subject of extensive experimental investigations, the origin of the product specificity remains unclear. In this study, quantum mechanical/ molecular mechanical (QM/MM) molecular dynamics (MD) and free energy simulations are performed to study the reaction mechanism for one of Type I PRMTs, PRMT3, and to gain insights into the energetic origin of its product specificity (ADMA). Our simulations have identified some important interactions and proton transfers involving the active site residues. These interactions and proton transfers seem to be responsible, at least in part, in making the N 2 atom of the substrate arginine the target of the both 1st and 2nd methylations, leading to the asymmetric dimethylation product. The simulations also suggest that the methyl transfer and proton transfer appear to be somehow concerted processes and that Glu326 is likely to function as the general base during the catalysis.Key words: protein arginine methyltransferases, product specificity, QM/MM, MD and free energy simulations, reaction mechanism.Résumé : Les protéines arginine N-méthyltransférases (PRMT) catalysent le transfert d'un ou de plusieurs groupes méthyle de la S-adénosyl-L-méthionine (AdoMet) au groupe guanidine du résidu arginine dans les protéines abondantes chez les eucaryotes. Deux types importants de PRMT ont été identifiés dans les cellules des mammifères. Les PRMT de type I catalysent la formation de -N G , N G -diméthylarginine asymétrique (DMAA), tandis que les PRMT de type II catalysent la formation de -N G , N= G -diméthylarginine symétrique (DMAS). Les conséquences biologiques de ces deux produits de méthylation distincts (DMAA ou DMAS) du substrat pourraient différer. Alors que les PRMT ont fait l'objet d'études expérimentales approfondies, l'origine de la spécificité du produit demeure obscure. Dans la présente étude, on procède à des simulations de dynamique moléculaire (DM) et d'énergies libres par des méthodes de mécanique quantique/mécanique moléculaire (MQ/MM) afin d'étudier le mécanisme de réaction pour l'une des PRMT de type I, la PMRT3, et de dégager des indices quant à l'origine énergétique de la spécificité de son produit (DMAA). Nos simulations ont permis d'identifier certaines interactions et certains transferts de proton importants faisant intervenir les résidus aux sites actifs. Ces interactions et transferts de protons semblent être responsables, du moins en partie, du fait que l'atome N 2 du...