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Jun 20, 2023

La base conformationnelle des protéines de la biosynthèse des isoflavones

Communications Biology volume 5, Numéro d'article : 1249 (2022) Citer cet article 1022 Accès 1 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Les isoflavonoïdes jouent un rôle important dans la défense des plantes et également

Biologie des communications volume 5, Numéro d'article : 1249 (2022) Citer cet article

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Les isoflavonoïdes jouent un rôle important dans la défense des plantes et présentent également une gamme d'activités bénéfiques pour la santé des mammifères. Leur biosynthèse est initiée par deux enzymes aux activités catalytiques inhabituelles ; la 2-hydroxyisoflavanone synthase (2-HIS), un cytochrome P450 lié à la membrane catalysant une migration et une hydroxylation couplées des cycles aryles, et la 2-hydroxyisoflavanone déshydratase (2-HID), un membre d'une grande famille de carboxylestérases qui catalyse paradoxalement la déshydratation de 2 -hydroxyisoflavanones en isoflavone. Nous rapportons ici les structures cristallines du 2-HIS de Medicago truncatula et du 2-HID de Pueraria lobata. La structure 2-HIS révèle une conformation unique du cytochrome P450 et un mode de liaison de l'hème et du substrat qui facilitent la migration couplée des cycles aryles et les réactions d'hydroxylation. La structure 2-HID révèle l'architecture du site actif et les résidus catalytiques putatifs pour les doubles activités déshydratase et carboxylestérase. Les études de mutagenèse ont révélé des résidus clés impliqués dans la liaison et la spécificité du substrat. Comprendre la base structurelle de la biosynthèse des isoflavones facilitera la création de nouveaux isoflavonoïdes bioactifs.

Les isoflavonoïdes sont présents principalement dans les légumineuses et jouent un rôle important dans la défense des plantes. Ils ont également diverses activités œstrogéniques, antiangiogéniques, antioxydantes et anticancéreuses, ce qui les rend populaires en tant que compléments alimentaires1,2,3,4. La génistéine isoflavone peut inhiber la croissance des cellules cancéreuses grâce à la modulation de gènes liés au contrôle du cycle cellulaire, à l'apoptose et aux voies de signalisation cellulaire5,6. Les isoflavonoïdes sont synthétisés par la voie centrale des phénylpropanoïdes et la voie spécifique des branches isoflavonoïdes. La 2-hydroxyisoflavanone synthase (2-HIS) catalyse la réaction du point d'entrée dans la biosynthèse des isoflavonoïdes pour convertir la flavanone en (2R, 3S) -2-hydroxyisoflavanone1,7. La 2-hydroxyisoflavanone déshydratase (2-HID) catalyse ensuite la déshydratation des 2-hydroxyisoflavanones pour donner les premiers produits isoflavones, la daidzéine ou la génistéine8 (Fig. 1). Les gènes 2-HIS ont été caractérisés à partir de plantes légumineuses, notamment la réglisse (Glycyrrhiza echinata)9, le soja (Glycine max)10 et la légumineuse modèle Medicago truncatula11. Le 2-HID a été identifié et caractérisé dans le soja8, la réglisse (Glycyrrhiza echinate)8, le kudzu (Pueraria lobata)12 et le Lotus japonicus13.

Le 2-HIS catalyse l'hydroxylation et la migration des cycles aryles des flavanones (par exemple, la liquiritigénine et la naringénine) pour les convertir en 2-hydroxyisoflavanones, et le 2-HID catalyse ensuite la déshydratation des 2-hydroxyisoflavanones pour donner les produits isoflavones finaux, par exemple la daidzéine ou la génistéine. .

Le 2-HIS est une enzyme du cytochrome P450 associée à la membrane appartenant à la sous-famille CYP93C. Il catalyse une réaction unique impliquant à la fois la migration du cycle aryle du cycle B aromatique de la position C2 à C3 et une réaction d'hydroxylation couplée ajoutant un atome d'oxygène en position C29. La 2-HID est classée dans une grande famille de carboxylestérases, mais peut ne pas fonctionner pour l'hydrolyse des esters in vivo, bien qu'une faible activité carboxylestérase ait été démontrée in vitro pour la 2-HID de soja avec le butyrate de p-nitrophényle8. Le 2-HID fonctionne in vivo comme une déshydratase pour la déshydratation des 2-hydroxyisoflavones. Les bases moléculaires des fonctions de migration des cycles aryles et d'hydroxylation du 2-HIS et des fonctions d'hydrolyse et de déshydratation du 2-HID ne sont pas comprises, tout comme leurs mécanismes catalytiques et les spécificités du substrat.

Un très grand nombre de P450 sont présents dans les plantes, dont beaucoup sont impliqués dans la biosynthèse de produits naturels14,15 et catalysent l'oxydation de divers substrats dans le métabolisme primaire et secondaire16. Actuellement, seules quelques structures cristallines sont disponibles pour cette très grande et importante classe d’enzymes végétales, notamment deux synthases d’oxyde d’allène P450 métabolisant le peroxyde de classe III17,18, et plusieurs P450 végétales ayant uniquement une activité d’hydroxylation, par exemple la cinnamate 4-hydroxylase ( CYP73A33) de Sorghum bicolor19, CYP76AH1 de Salvia miltiorrhiza20 et CYP90B1, CYP97A3 et CYP97C1 d'Arabidopsis thaliana21,22. Les mécanismes de réactions végétales plus complexes médiées par le P450, telles que la migration des cycles aryle, ne sont pas encore compris.