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Jun 20, 2023

이소플라본 생합성의 단백질 구조적 기초

Communications Biology 5권, 기사 번호: 1249(2022) 이 기사 인용 1022 액세스 1 인용 1 Altmetric Metrics 세부 정보 이소플라보노이드는 식물 방어에 중요한 역할을 하며 또한

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1249(2022) 이 기사 인용

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이소플라보노이드는 식물 방어에 중요한 역할을 하며 다양한 포유류 건강 증진 활동도 나타냅니다. 그들의 생합성은 특이한 촉매 활성을 가진 두 가지 효소에 의해 시작됩니다. 결합된 아릴 고리 이동과 수산화를 촉매하는 막 결합 시토크롬 P450인 2-히드록시이소플라바논 신타제(2-HIS), 그리고 역설적으로 2의 탈수를 촉매하는 대규모 카르복실에스테라제 계열의 구성원인 2-히드록시이소플라바논 탈수효소(2-HID) -하이드록시이소플라바논을 이소플라본으로. 여기서 우리는 Medicago truncatula의 2-HIS와 Pueraria lobata의 2-HID의 결정 구조를 보고합니다. 2-HIS 구조는 결합된 아릴-고리 이동 및 수산화 반응을 촉진하는 독특한 시토크롬 P450 형태와 헴 및 기질 결합 모드를 나타냅니다. 2-HID 구조는 이중 탈수효소 및 카르복실에스테라제 활성에 대한 활성 부위 구조와 추정 촉매 잔기를 나타냅니다. 돌연변이 유발 연구에 따르면 기질 결합 및 특이성과 관련된 주요 잔기가 밝혀졌습니다. 이소플라본 생합성의 구조적 기초를 이해하는 것은 새로운 생리활성 이소플라보노이드의 엔지니어링을 촉진할 것입니다.

이소플라보노이드는 주로 콩과 식물에서 발생하며 식물 방어에 중요한 역할을 합니다. 또한 다양한 에스트로겐, 항혈관신생, 항산화, 항암 활성을 갖고 있어 건강보조식품으로 인기를 끌고 있습니다1,2,3,4. 이소플라본 제니스테인은 세포 주기, 세포사멸 및 세포 신호 전달 경로의 조절과 관련된 유전자의 조절을 통해 암세포의 성장을 억제할 수 있습니다5,6. 이소플라보노이드는 중앙 페닐프로파노이드 경로와 특정 이소플라보노이드 가지 경로를 통해 합성됩니다. 2-히드록시이소플라바논 합성효소(2-HIS)는 플라바논을 (2R, 3S)-2-히드록시이소플라바논1,7로 전환시키기 위해 이소플라보노이드 생합성으로의 진입점 반응을 촉매합니다. 2-하이드록시이소플라바논 탈수효소(2-HID)는 2-하이드록시이소플라바논의 탈수를 촉매하여 첫 번째 이소플라본 생성물인 다이드제인 또는 제니스테인을 생성합니다8(그림 1). 2-HIS 유전자는 감초(Glycyrrhiza echinata)9, 대두(Glycine max)10 및 모델 콩과 식물 Medicago truncatula11를 포함한 콩과 식물에서 특성화되었습니다. 2-HID는 대두8, 감초(Glycyrrhiza echinate)8, kudzu(Pueraria lobata)12 및 Lotus japonicus13에서 확인되고 특성화되었습니다.

2-HIS는 플라바논(예: 리퀴리티게닌 및 나린제닌)의 수산화 및 아릴 고리 이동을 촉매하여 이를 2-히드록시이소플라바논으로 전환시키고, 2-HID는 2-히드록시이소플라바논의 탈수를 촉매하여 최종 이소플라본 생성물(예: 다이드제인 또는 제니스테인)을 생성합니다. .

2-HIS는 CYP93C 서브패밀리에 속하는 막 관련 시토크롬 P450 효소입니다. 이는 C2 위치에서 C3 위치로 방향족 B-고리의 아릴-고리 이동과 C29 위치에 산소 원자를 추가하는 결합된 수산화 반응을 모두 포함하는 독특한 반응을 촉매합니다. 2-HID는 큰 카르복실에스테라제 계열로 분류되지만 p-니트로페닐 부티레이트8를 함유한 대두 2-HID에 대해 시험관 내에서 일부 약한 카르복실에스테라제 활성이 입증되었지만 생체 내에서 에스테르 가수분해에 기능하지 않을 수 있습니다8. 2-HID는 생체 내에서 2-하이드록시이소플라본의 탈수를 위한 탈수효소로 기능합니다. 2-HIS의 아릴 고리 이동 및 수산화 기능과 2-HID의 가수분해 및 탈수 기능에 대한 분자 기반은 이해되지 않았으며 촉매 메커니즘 및 기질 특이성도 이해되지 않았습니다.

매우 많은 수의 P450이 식물에 존재하며, 그 중 다수는 천연물의 생합성에 관여하고 1차 및 2차 대사에서 다양한 기질의 산화를 촉매합니다. 현재 두 가지 클래스 III 과산화물 대사 P450 알렌 옥사이드 신타제17,18와 하이드록실화 활성만 갖는 여러 식물 P450(예: 신나메이트 4-하이드록실라제)을 포함하여 매우 크고 중요한 식물 효소 클래스에 대해 몇 가지 결정 구조만 사용할 수 있습니다. CYP73A33) Sorghum bicolor19, Salvia miltiorrhiza20의 CYP76AH1, Arabidopsis thaliana21,22의 CYP90B1, CYP97A3 및 CYP97C1입니다. 아릴 고리 이동과 같은 더 복잡한 식물 P450 매개 반응의 메커니즘은 아직 이해되지 않았습니다.