БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 2, с. 269–280
УДК 577.151
Эпоксиалкогольсинтаза RjEAS (CYP74A88) лютика японского (Ranunculus japonicus): клонирование и характеристика каталитических свойств
Казанский институт биохимии и биофизики, Федеральный исследовательский центр, Казанский научный центр РАН, 420111 Казань, Россия; электронная почта: kibmail@kibb.knc.ru
Поступила в редакцию 13.04.2018
После доработки 07.10.2018
Принята к публикации 07.10.2018
DOI: 10.1134/S0320972519020106
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: липоксигеназный каскад, цитохромы Р450, семейство CYP74, эпоксиалкогольсинтаза, Ranunculus japonicus.
Аннотация
Цитохромы Р450 семейства CYP74 играют ключевую роль в липоксигеназном каскаде, обеспечивая разнообразие продуктов — оксилипинов, окисленных производных жирных кислот. Семейство CYP74 включает алленоксидсинтазы, гидропероксидлиазы, дивинилэфирсинтазы и эпоксиалкогольсинтазы. В настоящей работе был клонирован ген CYP74A88 лютика японского (Ranunculus japonicus) и изучены свойства рекомбинантного белка. Фермент CYP74A88 специфически превращает 9- и 13-гидроперекиси линолевой кислоты в оксиранил карбинолы, 9,10-эпокси-11-гидрокси-12-октадеценовую и 11-гидрокси-12,13-эпокси-9-октадеценовую кислоты соответственно, что подтверждается данными ГХ-МС анализа, а также исследованиями кинетических параметров фермента. Таким образом, фермент CYP74A88 является специфической эпоксиалкогольсинтазой.
Текст статьи
Сноски
* Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Эксперименты по клонированию гена CYP74A88, получению и очистке рекомбинантного фермента проводили при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 16-34-60231). Эксперименты по характеристике каталитических свойств рекомбинантного фермента CYP74A88 проводили при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 16-14-10286).
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Список литературы
1. Blee, E. (1998) Phytooxylipins and plant defense reactions, Prog. Lipid Res., 37, 33–72.
2. Grechkin, A.N. (1998) Recent developments in biochemistry of the plant lipoxygenase pathway, Prog. Lipid Res., 37, 317–352.
3. Grechkin, A.N. (2002) Hydroperoxide lyase and divinyl ether synthase, Prostaglandins Other Lipid Mediat., 68–69, 457–470.
4. Stumpe, M., and Feussner, I. (2006) Formation of oxylipins by CYP74 enzymes, Phytochem. Rev., 5, 347–357.
5. Brash, A.R. (2009) Mechanistic aspects of CYP74 allene oxide synthases and related cytochrome P450 enzymes, Phytochemistry, 70, 1522–1531.
6. Toporkova, Y.Y., Smirnova, E.O., Gorina, S.S., Mukhtarova, L.S., and Grechkin, A.N. (2018) Detection of the first higher plant epoxyalcohol synthase: molecular cloning and characterisation of the CYP74M2 enzyme of spikemoss Selaginella moellendorffii, Phytochemistry, 156, 73–82.
7. Toporkova, Y.Y., Gorina, S.S., Bessolitsyna, E.K., Smirnova, E.O., Fatykhova, V.S., Bruhlmann, F., Ilyina, T.M., Mukhtarova, L.S., and Grechkin, A.N. (2018) Double function hydroperoxide lyases/epoxyalcohol synthases (CYP74C) of higher plants: identification and conversion into allene oxide synthases by site-directed mutagenesis, Biochim. Biophys. Acta, 1863, 369–378.
8. Nelson, D.R., Goldstone, J.V., and Stegeman J.J. (2013) The cytochrome P450 genesis locus: the origin and evolution of animal cytochrome P450s. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 368, 20120474.
9. Lee, D.-S., Nioche, P., Hamberg, M., and Raman, C.S. (2008) Structural insights into the evolutionary paths of oxylipin biosynthesis enzymes, Nature, 455, 363–370.
10. Toporkova, Y.Y., Fatykhova, V.S., Gogolev, Y.V., Khairutdinov, B.I., Mukhtarova, L.S., and Grechkin, A.N. (2017) Epoxyalcohol synthase of Ectocarpus siliculosus. First CYP74-related enzyme of oxylipin biosynthesis in brown algae, Biochim. Biophys. Acta, 1862, 167–175.
11. Toporkova, Y.Y., Gorina, S.S., Mukhitova, F.K., Hamberg, M., Ilyina, T.M., Mukhtarova, L.S., and Grechkin, A.N. (2017) Identification of CYP443D1 (CYP74 clan) of Nematostella vectensis as a first cnidarian epoxyalcohol synthase and insights into its catalytic mechanism, Biochim. Biophys. Acta, 1862, 1099–1109.
12. Wilson, R.A., Gardner, H.W., and Keller, N.P. (2001) Cultivar-dependent expression of a maize lipoxygenase responsive to seed infesting fungi, Mol. Plant Microbe Iinteract., 14, 980–987.
13. Chechetkin, I.R., Osipova, E.V., Tarasova, N.B., Mukhitova, F.K., Hamberg, M., Gogolev, Y.V., and Grechkin, A.N. (2009) Specificity of oxidation of linoleic acid homologs by plant lipoxygenases, Biochemistry (Moscow), 74, 855–861.
14. Гловер Д. (1988) Клонирование ДНК. Методы, Мир, Москва, с. 538.
15. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Д. (1984) Молекулярное клонирование, Мир, Москва, с. 480.
16. Schenkman, J.B., and Jansson, I. (2006) Spectral analyses of cytochromes P450, Meth. Mol. Biol., 320, 11–18.
17. Grechkin, A.N., Bruhlmann, F., Mukhtarova, L.S., Gogolev, Y.V., and Hamberg, M. (2006) Hydroperoxide lyases (CYP74C and CYP74B) catalyze the hemolytic isomerization of fatty acid hydroperoxides into hemiacetals, Biochim. Biophys. Acta, 1761, 1419–1428.
18. Gogolev, Y.V., Gorina, S.S., Gogoleva, N.E., Toporkova, Y.Y., Chechetkin, I.R., and Grechkin, A.N. (2012) Green leaf divinyl ether synthase: gene detection, molecular cloning and identification of a unique CYP74B subfamily member, Biochim. Biophys. Acta, 1821, 287–294.
19. Mukhtarova, L.S., Mukhitova, F.K., Gogolev, Y.V., and Grechkin, A.N. (2011) Hydroperoxide lyase cascade in pea seedlings: Non-volatile oxylipins and their age and stress dependent alterations, Phytochemistry, 72, 356–364.
20. Hamberg, M., and Hamberg, G. (1996) Peroxygenase-catalyzed fatty acid epoxidation in cereal seeds (sequential oxidation of linoleic acid into 9(S),12(S),13(S)-trihydroxy-10(E)-octadecenoic acid), Plant Physiol., 110, 807–815.
21. Hamberg, M., and Hamberg, G. (1990) Hydroperoxide-dependent epoxidation of unsaturated fatty acids in the broad bean (Vicia faba L.), Arch. Biochem. Biophys., 283, 409–416.
22. Blee, E., Wilcox, A.L., Marnett, L.J., and Schuber, F. (1993) Mechanism of reaction of fatty acid hydroperoxides with soybean peroxygenase, J. Biol. Chem., 268, 1708–1715.
23. Hamberg, M., and Olsson, U. (2011) Efficient and specific conversion of 9-lipoxygenase hydroperoxides in the beetroot, formation of pinellic acid, Lipids, 46, 873–878.
24. Gardner, H.W., Weisleder, D., and Nelson, E.C. (1984) Acid catalysis of a linoleic acid hydroperoxide: formation of epoxides by an intramolecular cyclization of the hydroperoxide group, J. Org. Chem., 49, 508–515.
25. Gardner, H.W., Nelson, E.C., Tjarks, L.W., and England, R.E. (1984) Acid-catalyzed transformation of 13(S)-hydroperoxylinoleic acid into epoxyhydroxyoctadecenoic and trihydroxyoctadecenoic acids, Chem. Phys. Lipids, 35, 87–101.
26. Gardner, H.W., Kleiman, R., and Weisleder, D. (1974) Homolytic decomposition of linoleic acid hydroperoxide: identification of fatty acid products, Lipids, 9, 696–706.
27. Gardner, H.W. (1975) Decomposition of linoleic acid hydroperoxides. Enzymic reactions compared with nonenzymic, J. Agr. Food Chem., 23, 129–136.
28. Gardner, H.W., and Jursinic, P.A. (1981) Degradation of linoleic acid hydroperoxides by a cysteine FeCl3 catalyst as a model for similar biochemical reactions: I. Study of oxygen requirement, catalyst and effect of pH, Biochim. Biophys. Acta, 665, 100–112.
29. Gardner, H.W., and Kleiman, R. (1981) Degradation of linoleic acid hydroperoxides by a cysteine FeCl3 catalyst as a model for similar biochemical reactions: II. Specificity in formation of fatty acid epoxides, Biochim. Biophys. Acta, 665, 113–125.
30. Dix, T.A., and Marnett, L.J. (1985) Conversion of linoleic acid hydroperoxide to hydroxy, keto, epoxyhydroxy, and trihydroxy fatty acids by hematin, J. Biol. Chem., 260, 5351–5357.
31. Gardner, H.W. (1989) Oxygen radical chemistry of polyunsaturated fatty acids, Free Radic. Biol. Med., 7, 65–86.
32. Hamberg, M., and Gotthammar, B. (1973) A new reaction of unsaturated fatty acid hydroperoxides: formation of 11-hydroxy-12,13-epoxy-9-octadecenoic acid from 13-hydroperoxy-9,11-octadecadienoic acid, Lipids, 8, 737–744.