Feedback regulation of the methylerythritol 4-phosphate (MEP) pathway

Resum

Els isoprenoides són una de les famílies més grans de metabòlits i tenen un gran interès en les indústries farmacèutiques, biocombustibles i agroalimentàries. Tots els isoprenoides deriven del difosfat d’isopentenil (IPP) i del seu isòmer de doble enllaç altament electròfil dimetilalil difosfat (DMAPP). L’IPP i el DMAPP es deriven de la via de l’àcid mevalònic (MVA) a les arquees i el citosol de les cèl·lules eucariotes, mentre que la majoria dels bacteris i els plastids de les cèl·lules vegetals produeixen IPP i DMAPP pel 2-C-metil-D-eritritol 4-fosfat. via MEP). En comparació amb la via MVA, la via MEP té una capacitat teòrica més alta per produir precursors d’isoprenoides, la qual cosa ha estimulat una àmplia investigació per millorar encara més el flux de la via MEP per a la producció biotecnològica d’isoprenoides d’interès en biofàbriques microbianes i vegetals. Tanmateix, la regulació de retroalimentació del flux de la via MEP per IPP i DMAPP alenteix el flux de la via tan aviat com augmenten els nivells d’IPP i DMAPP. Es va informar que IPP/DMAPP va disminuir els nivells i l’activitat del primer enzim de la via MEP, la desoxi-D-xilulosa 5-fosfat (DXP) sintasa (DXS), però el mecanisme específic es desconeixia. D’altra banda, no es va explorar la possible inhibició d’altres enzims de la via MEP per IPP/DMAPP. L’objectiu principal d’aquesta tesi era abordar aquestes preguntes obertes utilitzant Escherichia coli i el tomàquet (Solanum lycopersicum) com a models bacterians i vegetals, respectivament._x000D_ A diferència d’E. coli, que només té un únic gen que codifica DXS, tres gens codifiquen proteïnes semblants a DXS al tomàquet. A la primera part de la tesi vam determinar que les isoformes SlDXS1 i SlDXS2 són autèntics enzims DXS que es localitzen junts en plastids i poden formar heterodímers, mentre que SlDXS3 no té activitat DXS possiblement a causa de la unió deteriorada del cofactor tiamina difosfat (TPP). En el segon capítol de la tesi, demostrem que IPP i DMAPP inhibeixen al·lostèricament l’activitat dels enzims DXS bacterians (E.coli) i vegetals (tomàquet) EcDXS i SlDXS1 en unir-se directament lluny del lloc actiu de l’enzim. Es va trobar que la unió IPP i DMAPP promou la monomerització del dímer DXS actiu. Els monòmers DXS exposen dominis hidròfobs que d’altra manera estan ocults al dímer i poden provocar la seva agregació i la seva eventual degradació. Proposem que la monomerització de DXS podria ser una resposta relativament ràpida i reversible a nivells elevats d’IPP/DMAPP, mentre que l’agregació i eliminació de monòmers representarien una resposta lenta i irreversible quan persisteixi l’excés d’IPP/DMAPP. En el tercer i últim capítol de la tesi, investiguem el possible efecte de l’IPP i la DMAPP sobre l’activitat del següent enzim de la via MEP, la DXS reductoisomerasa (DXR), i un enzim semblant a DXR (DRL) que substitueix a DXR. en alguns bacteris. Hem trobat que IPP/DMAPP també inhibeix l’activitat DXR (però no DRL). De manera similar a la descrita per a DXS, la regulació de l’activitat de DXR per IPP/DMAPP pot tenir dues fases. La competència d’IPP/DMAPP amb el cofactor DXR NADPH cofactor per unir-se al lloc actiu de l’enzim definiria la primera fase, mentre que l’observació que DMAPP també pot inhibir al·lostèricament DXR per monomerització del dímer actiu podria representar una segona (lenta i no). fase -reversible). Aquests resultats ens ajuden a entendre la complexitat de la xarxa de regulació de retroalimentació que opera en diversos passos de la via MEP i representen una base sòlida per millorar el flux de la via MEP.

Data del Ajut	14 de nov. 2022
Idioma original	Anglès
Supervisor	Roser Tolra Perez (Tutor/a)