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Jun 20, 2023

イソフラボン生合成のタンパク質立体構造基盤

Communications Biology volume 5、記事番号: 1249 (2022) この記事を引用する 1022 アクセス数 1 引用数 1 Altmetric Metrics 詳細 イソフラボノイドは植物の防御において重要な役割を果たし、また

Communications Biology volume 5、記事番号: 1249 (2022) この記事を引用

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イソフラボノイドは植物の防御において重要な役割を果たし、また哺乳類の健康を促進するさまざまな活動も示します。 それらの生合成は、異常な触媒活性を持つ 2 つの酵素によって開始されます。 2-ヒドロキシイソフラバノン シンターゼ (2-HIS)、共役アリール環移動とヒドロキシル化を触媒する膜結合シトクロム P450、および 2-ヒドロキシイソフラバノン デヒドラターゼ (2-HID)、逆説的に 2 の脱水反応を触媒する大きなカルボキシルエステラーゼ ファミリーのメンバー-ヒドロキシイソフラバノンからイソフラボンへ。 今回我々は、Medicago truncatula 由来の 2-HIS と Pueraria lobashi 由来の 2-HID の結晶構造を報告します。 2-HIS 構造は、独特のシトクロム P450 立体構造と、共役アリール環移動およびヒドロキシル化反応を促進するヘムと基質の結合モードを明らかにします。 2-HID 構造は、活性部位の構造と、二重デヒドラターゼおよびカルボキシルエステラーゼ活性の推定上の触媒残基を明らかにします。 突然変異誘発の研究により、基質の結合と特異性に関与する重要な残基が明らかになりました。 イソフラボン生合成の構造的基礎を理解することで、新しい生理活性イソフラボノイドの工学的操作が容易になります。

イソフラボノイドは主にマメ科植物に存在し、植物の防御に重要な役割を果たします。 また、さまざまなエストロゲン作用、抗血管新生作用、抗酸化作用、抗がん作用もあり、栄養補助食品としての人気につながっています1、2、3、4。 イソフラボン ゲニステインは、細胞周期、アポトーシス、および細胞シグナル伝達経路の制御に関連する遺伝子の調節を通じて、がん細胞の増殖を阻害します5、6。 イソフラボノイドは、中心フェニルプロパノイド経路と特定のイソフラボノイド分岐経路を通じて合成されます。 2-ヒドロキシイソフラバノン シンターゼ (2-HIS) は、イソフラボノイド生合成への入口反応を触媒し、フラバノンを (2R, 3S)-2-ヒドロキシイソフラバノンに変換します1,7。 次に、2-ヒドロキシイソフラバノン デヒドラターゼ (2-HID) が 2-ヒドロキシイソフラバノンの脱水反応を触媒し、最初のイソフラボン生成物であるダイゼインまたはゲニステイン 8 を生成します (図 1)。 2-HIS 遺伝子は、甘草 (Glycyrrhiza echinata)9、ダイズ (Glycine max)10、およびモデルマメ科植物 Medicago truncatula11 を含むマメ科植物から特徴付けられています。 2-HID は、大豆 8、甘草 (エキナ酸カンゾウ) 8、葛 (プエラリア ロバタ) 12、およびレンゲソウ 13 で同定され、特徴付けられています。

2-HIS はフラバノン (リキリチゲニンやナリンゲニンなど) の水酸化とアリール環移動を触媒して 2-ヒドロキシイソフラバノンに変換し、その後 2-HID が 2-ヒドロキシイソフラバノンの脱水反応を触媒して最終イソフラボン生成物 (ダイゼインやゲニステインなど) を生成します。 。

2-HIS は、CYP93C サブファミリーに属する膜関連シトクロム P450 酵素です。 これは、芳香族 B 環の C2 位から C3 位へのアリール環移動と、C29 位に酸素原子を付加する共役ヒドロキシル化反応の両方を含む独特の反応を触媒します。 2-HID は大きなカルボキシルエステラーゼファミリーに分類されますが、in vivo ではエステル加水分解には機能しない可能性がありますが、p-ニトロフェニル酪酸を含む大豆 2-HID については in vitro で弱いカルボキシルエステラーゼ活性が示されています 8。 2-HID は、生体内で 2-ヒドロキシイソフラボンを脱水するためのデヒドラターゼとして機能します。 2-HIS のアリール環移動およびヒドロキシル化機能、および 2-HID の加水分解および脱水機能の分子基盤は理解されておらず、それらの触媒機構や基質特異性も理解されていません。

植物には非常に多くの P450 が存在し、その多くは天然物の生合成に関与し 14,15、一次および二次代謝においてさまざまな基質の酸化を触媒します 16。 現在、この非常に大きく重要なクラスの植物酵素の結晶構造は、2 つのクラス III 過酸化物代謝 P450 アレンオキシドシンターゼ 17,18 と、ヒドロキシル化活性のみを持ついくつかの植物 P450、例えば桂皮酸 4-ヒドロキシラーゼ ( CYP73A33) Sorghum bicolor19、CYP76AH1 (Salvia miltiorrhiza) 20、および CYP90B1、CYP97A3、CYP97C1 (Arabidopsis thaliana) 21,22。 アリール環の移動など、より複雑な植物 P450 媒介反応の機構はまだ理解されていません。