Блог

Jun 20, 2023

Белковые конформационные основы биосинтеза изофлавонов

Коммуникационная биология, том 5, номер статьи: 1249 (2022) Цитировать эту статью 1022 Доступов 1 Цитирований 1 Подробности об альтметрических метриках Изофлавоноиды играют важную роль в защите растений, а также

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1249 (2022) Цитировать эту статью

1022 доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Изофлавоноиды играют важную роль в защите растений, а также обладают целым рядом действий по укреплению здоровья млекопитающих. Их биосинтез инициируется двумя ферментами с необычной каталитической активностью; 2-гидроксиизофлаванонсинтаза (2-HIS), мембраносвязанный цитохром P450, катализирующий сопряженную миграцию арильных колец и гидроксилирование, и 2-гидроксиизофлаванондегидратаза (2-HID), член большого семейства карбоксилэстераз, который парадоксальным образом катализирует дегидратацию 2 -гидроксиизофлаваноны в изофлавоны. Здесь мы сообщаем о кристаллических структурах 2-HIS из Medicago truncatula и 2-HID из Pueraria lobata. Структура 2-HIS демонстрирует уникальную конформацию цитохрома P450 и способ связывания гема и субстрата, которые облегчают сопряженную миграцию арильных колец и реакции гидроксилирования. Структура 2-HID раскрывает архитектуру активного центра и предполагаемые каталитические остатки для двойной дегидратазной и карбоксилэстеразной активности. Исследования мутагенеза выявили ключевые остатки, участвующие в связывании субстрата и специфичности. Понимание структурных основ биосинтеза изофлавонов будет способствовать разработке новых биологически активных изофлавоноидов.

Изофлавоноиды встречаются в основном в бобовых и играют важную роль в защите растений. Они также обладают различной эстрогенной, антиангиогенной, антиоксидантной и противораковой активностью, что делает их популярными в качестве пищевых добавок1,2,3,4. Изофлавон генистеин может ингибировать рост раковых клеток посредством модуляции генов, которые связаны с контролем клеточного цикла, апоптоза и клеточных сигнальных путей5,6. Изофлавоноиды синтезируются посредством центрального фенилпропаноидного пути и специфического изофлавоноидного ответвленного пути. 2-Гидроксиизофлаванонсинтаза (2-HIS) катализирует реакцию точки входа в биосинтез изофлавоноидов с превращением флаванона в (2R, 3S)-2-гидроксиизофлаванон1,7. 2-Гидроксиизофлаванондегидратаза (2-HID) затем катализирует дегидратацию 2-гидроксиизофлаванонов с образованием первых изофлавоновых продуктов, даидзеина или генистеина8 (рис. 1). Гены 2-HIS были охарактеризованы из бобовых растений, включая солодку (Glycyrhiza echinata)9, сою (Glycine max)10 и модельные бобовые Medicago truncatula11. 2-HID был идентифицирован и охарактеризован в сое8, солодке (Glycyrhiza echinate)8, кудзу (Pueraria lobata)12 и Lotus japonicus13.

2-HIS катализирует гидроксилирование и миграцию арильных колец флаванонов (например, ликвиритигенина и нарингенина) с превращением их в 2-гидроксиизофлаваноны, а 2-HID затем катализирует дегидратацию 2-гидроксиизофлаванонов с образованием конечных изофлавоновых продуктов, например, даидзеина или генистеина. .

2-HIS представляет собой мембраносвязанный фермент цитохрома P450, принадлежащий подсемейству CYP93C. Он катализирует уникальную реакцию, включающую как миграцию арильного кольца ароматического B-кольца из положения C2 в C3, так и реакцию сопряженного гидроксилирования с добавлением атома кислорода в положении C29. 2-HID относится к большому семейству карбоксилэстераз, но может не функционировать при гидролизе эфиров in vivo, хотя некоторая слабая карбоксилэстеразная активность была продемонстрирована in vitro для 2-HID сои с п-нитрофенилбутиратом8. 2-HID действует in vivo как дегидратаза, осуществляя дегидратацию 2-гидроксиизофлавонов. Молекулярные основы миграции арильных колец и функций гидроксилирования 2-HIS и функций гидролиза и дегидратации 2-HID не изучены, равно как и их каталитические механизмы и субстратные специфичности.

Очень большое количество P450 присутствует в растениях, многие из которых участвуют в биосинтезе натуральных продуктов14,15 и катализируют окисление различных субстратов в первичном и вторичном метаболизме16. В настоящее время доступно лишь несколько кристаллических структур для этого очень большого и важного класса растительных ферментов, в том числе две метаболизирующие перекись алленоксидсинтазы P450 класса III17,18 и несколько растительных P450 с только гидроксилирующей активностью, например, циннамат-4-гидроксилаза ( CYP73A33) из Sorghum bicolor19, CYP76AH1 из Salvia miltiorrhiza20 и CYP90B1, CYP97A3 и CYP97C1 из Arabidopsis thaliana21,22. Механизмы более сложных реакций, опосредованных растительным P450, таких как миграция арильных колец, еще не изучены.