Publications - Institut Salk d'études biologiques

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Ré, RN, La Clair, JJ, Noël, JP, Burkart, MD Élucidation du mécanisme d'élongation itératif dans une polycétide synthase de type III. (2025) Journal de l'American Chemical Society. DOI: 10.1021 / jacs.5c05635

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Chen, A., Re, RN, Davis, TD, Tran, K., Moriuchi, YW, Wu, S., La Clair, JJ, Louie, GV, Bowman, ME, Clarke, DJ, Mackay, CL, Campopiano, DJ, Noël, JP, Burkart, MD Visualisation de l'interface de la biosynthèse de la biotine et des acides gras via des sondes SuFEx. (2024) Journal de l'American Chemical Society. DOI: 10.1021 / jacs.3c10181

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Aiyer, S., Baldwin, PR, Tan, SM, Shan, Z., Oh, J., Mehrani, A., Bowman, ME, Louie, G., Passos, DO, Đorđević-Marquardt, S., Mietzsch, M., Hull, JA, Hoshika, S., Barad, BA, Grotjahn, DA, McKenna, R., Agbandje-McKenna, M., Benner, SA, Noël, JAP, Wang, D., Tan, YZ, Lyumkis, D. Surmonter l'atténuation de la résolution lors de la collecte de données cryo-EM inclinées. (2024) Nature Communications. 15(1):389. DOI: 10.1038/s41467-023-44555-7

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Nartey, CM, Koo, HJ, Laurendon, C., Shaik, HZ, O'maille, P., Noël, JP, Morcos, F. Les informations coévolutives capturent les fonctions catalytiques et révèlent les rôles divergents des connexions interdomaines de la terpène synthase. (2024) Biochimie. DOI : 10.1021/acs.biochem.3c00578

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Déduire les causes historiques et biophysiques de la diversité au sein des familles de protéines est un casse-tête complexe. Une clé pour résoudre ce problème réside dans la caractérisation de la topographie accidentée des paysages adaptatifs séquence-fonction. En utilisant les données biochimiques d'une banque combinatoire 2 = 512 de mutants de la 5-aristolochène synthase du tabac (TEAS) conçus pour produire le produit majeur natif de la prémnaspirodiène synthase (HPS) de la jusquiame égyptienne, et d'une banque complémentaire de 512 mutants de la HPS, nous abordons la question du contrôle de la spécificité du produit. Ces ensembles de données révèlent que la HPS est bien plus robuste et résistante aux mutations que la TEAS, où la plupart des mutants sont promiscuité. Nous combinons également les données expérimentales avec un modèle hamiltonien de Potts séquentiel et une analyse de couplage direct pour quantifier la fitness des mutants. Nos résultats démontrent que l'hamiltonien capture la variation des sorties de produits entre les deux bibliothèques, regroupe les membres de la famille native en fonction de leurs spécificités de substrat et expose les rôles catalytiques divergents des couplages entre les domaines catalytiques et non catalytiques de TEAS et de HPS. Plus précisément, nous avons constaté que le rôle des connectivités interdomaines dans la spécification des sorties de produits est plus important dans TEAS que les connectivités au sein du domaine catalytique. Bien qu'identiques à 75 %, cette propriété n'est pas partagée par HPS, où les connectivités au sein du domaine catalytique sont plus importantes pour la spécificité. En résolvant la structure cristalline aux rayons X de HPS, nous avons évalué les bases structurelles de leurs différences de réseau interdomaine. Enfin, nous avons calculé les entropies de Shannon du profil de produit des deux bibliothèques, ce qui montre que les connectivités site-site jouent également des rôles divergents dans la précision catalytique.

Xie, L., Bowman, ME, Louie, GV, Zhang, C., Ardejani, MS, Huang, X., Chu, Q., Donaldson, CJ, Vaughan, JM, Shan, H., Powers, ET, Kelly, JW, Lyumkis, D., Noël, JP, Saghatelian, A. Biochimie et interactions protéiques de la microprotéine CYREN. (2023) Biochimie. DOI : 10.1021/acs.biochem.3c00397

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Jiang, Z., Chen, A., Chen, J., Sekhon, A., Louie, GV, Noël, JP, La Clair, JJ, Burkart, MD La cérulénine masquée permet une réticulation sélective des protéines à double site. (2023) Chimie Sci. 14(39):10925-10933. DOI: 10.1039/d3sc02864j

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Chen, A., Mindrebo, JT, Davis, TD, Kim, WE, Katsuyama, Y., Jiang, Z., Ohnishi, Y., Noël, JP, Burkart, MD Les sondes de réticulation basées sur un mécanisme capturent la cétosynthase FabB d'Escherichia coli dans des états catalytiques conformationnellement distincts. (2022) Acta Crystallogr D Struct Biol. 78 (partie 9) : 1171-1179. DOI : 10.1107/S2059798322007434

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Chen, PY, Adak, S., Chekan, JR, Liscombe, DK, Miyanaga, A., Bernhardt, P., Diethelm, S., Fielding, EN, George, JH, Miles, ZD, Murray, LAM, Steele, TS, Winter, JM, Noël, JP, Moore, BS Base structurelle des enzymes stéréospécifiques de la famille des haloperoxydases dépendantes du vanadium dans la biosynthèse de la napyradiomycine. (2022) Biochimie. DOI : 10.1021/acs.biochem.2c00338

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Les haloperoxydases dépendantes du vanadium (VHPO) bactériennes se distinguent de leurs homologues fongiques, macroalgues et autres bactéries par la catalyse de réactions organohalogénantes soumises à un contrôle régiochimique et stéréochimique strict. Si ce groupe d'enzymes utilise collectivement le peroxyde d'hydrogène pour oxyder les halogénures en vue de leur incorporation dans des molécules organiques riches en électrons, le mécanisme de transfert contrôlé d'ions chloronium hautement réactifs lors de la biosynthèse des antibiotiques napyradiomycine et mérochlorine distingue les chloroperoxydases dépendantes du vanadium. Nous présentons ici les structures cristallines haute résolution de deux membres homologues de la famille des VHPO associés à la biosynthèse de la napyradiomycine, NapH1 et NapH3, qui catalysent des réactions chimiques distinctes dans la construction de produits naturels méroterpénoïdes. Les structures, combinées à des études de mutagenèse dirigée et de spectrométrie de masse de protéines intactes, ont fourni un modèle mécanistique pour les réactions asymétriques de chloration des alcènes et des arènes catalysées par NapH1 et l'activité isomérase catalysée par NapH3. Un résidu lysine clé dans NapH1, situé entre le vanadate coordonné et la poche de liaison putative au substrat, s'est avéré essentiel à la catalyse. Cette observation suggère l'implication de l'ε-NH, possiblement par la formation d'une chloramine transitoire, comme espèce chlorante, comme proposé dans les halogénases dépendantes de la flavine structurellement distinctes. De manière inattendue, NapH3 est modifié post-traductionnellement par la phosphorylation d'un site actif His (τ-pHis), ce qui est cohérent avec son activité α-hydroxycétone isomérase, indépendante de l'halogénation, réorientée. Ces études structurales approfondissent notre compréhension des fondements mécanistiques des enzymes VHPO et de leur évolution en tant que biocatalyseurs énantiosélectifs.

Aiyer, S., Strutzenberg, TS, Bowman, ME, Noël, JP, Lyumkis, D. Collecte de données cryo-EM à particules uniques avec inclinaison de la platine à l'aide de Leginon. (2022) Jupiter.(185) DOI : 10.3791/64136

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Mindrebo, JT, Chen, A., Kim, WE, Re, RN, Davis, TD, Noël, JP, Burkart, MD Analyses structurelles et mécanistiques du mécanisme de déclenchement des cétosynthases en cours d'élongation. (2021) ACS Catal. 11(12):6787-6799. DOI: 10.1021/acscatal.1c00745

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Les cétosynthases (KS) catalysent les réactions de formation de liaisons carbone-carbone dans les synthases d'acides gras (FAS) et les synthases de polycétides (PKS). Les KS utilisent un mécanisme cinétique de ping-pong en deux étapes pour réaliser une condensation décarboxylative globale de thio-Claisen, qui peut être séparée en réactions de transacylation et de condensation. Lors de ces deux étapes, une protéine porteuse d'acyle (ACP) délivre des substrats liés par des thioesters aux sites actifs des KS. Par conséquent, des interactions protéine-protéine (IPP) et des événements de reconnaissance de substrat médiés par les KS sont nécessaires à la catalyse. Récemment, les structures cristallines des KS FAS de type II en cours d'élongation, FabF et FabB, en complexe avec l'ACP et l'AcpP, ont révélé des états conformationnels distincts des deux boucles KS du site actif. Il a été suggéré que ces boucles fonctionnent via un mécanisme de porte pour coordonner la reconnaissance et la délivrance du substrat, suivies de la catalyse. Nous étudions ici ce mécanisme de déclenchement proposé en résolvant deux structures haute résolution supplémentaires de complexes AcpP-FabF engagés dans le substrat, dont l'une fournit la conformation à porte fermée manquante AcpP-FabF. Des interactions clairement définies de l'une de ces boucles du site actif avec AcpP sont présentes dans les conformations ouverte et fermée, suggérant que la liaison à AcpP déclenche ou stabilise les transitions de déclenchement, impliquant ainsi les IPP dans la catalyse dépendante des protéines porteuses. Nous démontrons fonctionnellement l'importance du déclenchement dans la réaction globale de condensation KS et fournissons des preuves expérimentales de son rôle dans la réaction de transacylation. De plus, nous évaluons l'importance catalytique de ces boucles par mutagenèse par balayage d'alanine et étudions également des constructions FabF chimériques portant des éléments présents dans les domaines KS des PKS de type I. Ces résultats élargissent notre compréhension du mécanisme KS et font progresser les futurs travaux d'ingénierie des FAS et des PKS évolutivement apparentées.

Thomas, ST, Shin, Y., La Clair, JJ, Noël, JP Extraction et stockage du CO2 d'origine végétale sous forme de SiC. (2021) RSC Adv. 11(26):15512-15518. DOI: 10.1039/d1ra00954k

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Mindrebo, JT, Misson, LE, Johnson, C., Noël, JP, Burkart, MD Cartographie de l'activité de la protéine porteuse d'acyle : allongement de l'interaction de la cétosynthase dans la biosynthèse des acides gras. (2020) Biochimie. DOI : 10.1021/acs.biochem.0c00605

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Les cétosynthases d'allongement (KS) catalysent les réactions de formation de liaisons carbone-carbone lors de l'étape d'engagement de chaque cycle d'extension de chaîne, tant dans les synthases d'acides gras (FAS) que dans les synthases de polycétides (PKS). Une petite protéine porteuse d'acyle (ACP) en hélice α assure la liaison des intermédiaires d'acyle gras entre les sites actifs des enzymes. Pour accomplir cette tâche, l'ACP s'appuie sur une série d'interactions dynamiques avec de multiples enzymes partenaires des FAS et des voies dépendantes de FAS associées. Les structures récentes de l'ACP des FAS, AcpP, en complexes covalents avec ses deux KS d'allongement apparentées, FabF et FabB, fournissent des détails à haute résolution de ces interfaces. Cependant, aucune analyse systématique des interactions interfaciales spécifiques responsables de la stabilisation de ces complexes n'a encore été entreprise. Nous utilisons ici la mutagenèse dirigée avec les deux analyses d'activité pour évaluer quantitativement ces surfaces de contact entre AcpP et FabF. Nous délimitons l'interface FabF en trois régions d'interaction et démontrons les effets des mutants ponctuels, des doubles mutants et des variants de délétion de région. Les résultats de ces analyses révèlent une interface FabF robuste et modulaire, capable de tolérer des mutations d'interface apparemment critiques, seule la délétion d'une région entière compromettant significativement l'activité. Les analyses de structure et de séquence des orthologues de FabF issus de voies FAS de type II apparentées indiquent une conservation significative des résidus d'interface KS de type II FAS et, globalement, soutiennent sa délimitation en régions d'interaction. Ces résultats renforcent notre compréhension mécanistique des événements de reconnaissance moléculaire entre les ACP et les enzymes FAS et fournissent un modèle pour l'ingénierie de voies de biosynthèse dépendantes des ACP.

Misson, LE, Mindrebo, JT, Davis, TD, Patel, A., McCammon, JA, Noël, JP, Burkart, MD La plasticité interfaciale facilite le taux de réaction élevé de la transacylase FAS malonyl-CoA:ACP, FabD. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.2009805117

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Chekan, JR, McKinnie, SMK, Noël, JP, Moore, BS La biosynthèse des neurotoxines algales réutilise le repliement structurel de la terpène cyclase en une β-prényltransférase. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.2001325117

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Mindrebo, JT, Patel, A., Kim, WE, Davis, TD, Chen, A., Bartholow, TG, La Clair, JJ, McCammon, JA, Noël, JP, Burkart, MD Mécanisme de déclenchement des β-cétoacyl-ACP synthases en cours d'allongement. (2020) Nature Communications. 11(1):1727. DOI: 10.1038/s41467-020-15455-x

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Lynch, JH, Qian, Y., Guo, L., Maoz, I., Huang, XQ, Garcia, AS, Louie, G., Bowman, ME, Noël, JP, Morgan, JA, Dudareva, N. Modulation de la formation d'auxine par la voie de biosynthèse de la phénylalanine cytosolique. (2020) Nature Chimie Biologie. DOI: 10.1038/s41589-020-0519-8

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Vickery, CR, McCulloch, IP, Sonnenschein, EC, Beld, J., Noël, JP, Burkart, MD Décryptage des synthases modulaires par inhibition : une approche chimique et génétique complémentaire. (2020) Lettres de chimie bioorganique et médicinale. 30(2):126820. DOI : 10.1016/j.bmcl.2019.126820

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Burke, JR, La Clair, JJ, Philippe, RN, Pabis, A., Corbella, M., Jez, JM, Cortina, GA, Kaltenbach, M., Bowman, ME, Louie, GV, Woods, KB, Nelson, AT, Tawfik, DS, Kamerlin, SCL, Noël, JP L'activation d'un substrat bifonctionnel via un résidu d'arginine entraîne la catalyse dans les chalcone isomérases (2019) Catalyse ACS. 9(9):8388−8396. DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01926

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Thomas, ST, Louie, GV, Lubin, JW, Lundblad, V., Noël, JP Spécificité du substrat et ingénierie de la mévalonate 5-phosphate décarboxylase. (2019) ACS Biologie Chimique. 14(8):1767-1779. DOI: 10.1021/acschembio.9b00322

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Une bifurcation de la voie du mévalonate (MVA) a été récemment découverte chez les bactéries du phylum Chloroflexi. Dans cette voie alternative de biosynthèse de l'isopenténylpyrophosphate (IPP), l'avant-dernière étape est la décarboxylation du ()-mévalonate 5-phosphate (()-MVAP) en isopentényl phosphate (IP), suivie de la phosphorylation ATP-dépendante de l'IP en IPP, catalysée par l'isopentényl phosphate kinase (IPK). Notamment, la réaction de décarboxylation est catalysée par la mévalonate 5-phosphate décarboxylase (MPD), qui présente une similarité de séquence considérable avec la mévalonate diphosphate décarboxylase (MDD) de la voie classique du MVA. Nous démontrons qu'une enzyme initialement annotée comme MDD provenant de la bactérie Chloroflexi possède une efficacité catalytique égale pour le ()-MVAP et le ()-mévalonate 5-diphosphate (()-MVAPP). De plus, la base moléculaire de cette double spécificité est révélée par des structures cristallines aux rayons X à résolution quasi atomique de MPD/MDD liées à ()-MVAP ou ()-MVAPP. Ces résultats, combinés à des comparaisons de séquences et de structures de cette enzyme bactérienne, de MDD fonctionnelles et de plusieurs MPD putatifs, délimitent les résidus clés du site actif qui confèrent une spécificité de substrat et distinguent fonctionnellement les classes d'enzymes MPD et MDD. Des analyses de séquence approfondies ont identifié des MPD fonctionnels dans la classe des halobactéries des archées qui avaient été annotées comme MDD. Enfin, aucun candidat MPD eucaryote n'a été identifié, ce qui suggère l'absence de la voie MVA alternative (altMVA) chez tous les eucaryotes, y compris, paradoxalement, les plantes, qui codent universellement un homologue structural et fonctionnel de l'IPK. De plus, nous avons développé une souche génétiquement modifiée viable comme modèle métabolique et une plateforme de biologie synthétique pour l'ingénierie enzymatique et la biosynthèse des terpènes dans laquelle la voie MVA classique a été remplacée par la voie altMVA.

Seto, Y., Yasui, R., Kameoka, H., Tamiru, M., Cao, M., Terauchi, R., Sakurada, A., Hirano, R., Kisugi, T., Hanada, A., Umehara, M., Seo, E., Akiyama, K., Burke, J., Takeda-Kamiya, N., Li, W., Hirano, Y., Hakoshima, T., Mashiguchi, K., Noël, JP, Kyozuka, J., Yamaguchi, S. Perception et désactivation de la strigolactone par un récepteur d'hydrolase DWARF14. (2019) Nature Communications. 10(1):191. DOI: 10.1038/s41467-018-08124-7

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Henry, LK, Thomas, ST, Widhalm, JR, Lynch, JH, Davis, TC, Kessler, SA, Bohlmann, J., Noël, JP, Dudareva, N. Contribution de l'isopentényl phosphate au métabolisme des terpénoïdes des plantes. (2018) Plantes de la nature. DOI: 10.1038 / s41477-018-0220-z

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Kaltenbach, M., Burke, JR, Dindo, M., Pabis, A., Munsberg, FS, Rabin, A., Kamerlin, SCL, Noël, JP, Tawfik, DS Évolution de la chalcone isomérase à partir d'un ancêtre non catalytique. (2018) Nature Chimie Biologie. DOI: 10.1038/s41589-018-0042-3

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Vickery, CR, Cardenas, J., Bowman, M., Burkart, MD, Da Silva, NA, Noël, JP Une approche couplée in vitro/in vivo pour l'ingénierie d'un PKS hétérologue de type III afin d'améliorer la biosynthèse des polycétides dans Saccharomyces cerevisiae. (2018) Biotechnologie et bio-ingénierie. DOI : 10.1002/bit.26564

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Les polycétides sont des composés intéressants pour des utilisations allant des précurseurs chimiques biorenouvelables aux produits thérapeutiques à forte valeur ajoutée. Dans de nombreux cas, la synthèse dans un hôte hétérologue est nécessaire pour produire ces composés en quantités industrielles. La polycétide synthase de type III, la 2-pyrone synthase (2-PS), issue de Gerbera hybrida, a été utilisée pour la production de triacétique acide lactone (TAL) chez Saccharomyces cerevisiae. Une première caractérisation in vitro de la 2-PS a permis d'identifier des variants du site actif présentant des propriétés cinétiques améliorées par rapport au type sauvage. Une évaluation in vivo plus poussée chez S. cerevisiae a suggéré que certaines mutations de la 2-PS altéraient la stabilité de l'enzyme pendant la fermentation. Des expériences in vivo ont également révélé des mutations bénéfiques de la cystéine en sérine, qui n'avaient pas été initialement explorées en raison de leur distance par rapport au site actif de la 2-PS, ce qui a conduit à la conception d'enzymes 2-PS supplémentaires. Bien que ces variants aient montré des efficacités catalytiques variables in vitro, ils ont montré une augmentation de la production de TAL jusqu'à 2.5 fois lorsqu'ils ont été exprimés dans S. cerevisiae. Le couplage du variant 2-PS [C35S,C372S] à une souche de S. cerevisiae modifiée a conduit à plus de 10 g/L de TAL à 38 % du rendement théorique après fermentation en discontinu, le plus élevé jamais enregistré. Nos études démontrent le succès d'une approche couplée in vitro/in vivo pour l'ingénierie enzymatique et apportent un éclairage sur les enzymes riches en cystéine et les principes de conception de leur utilisation chez des hôtes microbiens non natifs. Cet article est protégé par le droit d'auteur. Tous droits réservés.

Stewart, C., Woods, K., Macias, G., Allan, AC, Hellens, RP, Noël, JP Architectures moléculaires des synthases de polycétides de type III spécifiques de l'acide benzoïque. (2017) Acta Crystallographica. Section D, Biologie structurale. 73 (partie 12) : 1007-1019. DOI : 10.1107/S2059798317016618

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Kersten, RD, Lee, S., Fujita, D., Pluskal, T., Kram, S., Smith, JE, Iwai, T., Noël, JP, Fujita, M., Weng, JK Une synthase de sesquiterpène bourbonane d'algues rouges définie par une analyse XRD d'éponge cristalline couplée à la RMN à l'échelle du microgramme. (2017) Journal de l'American Chemical Society. DOI : 10.1021 / jacs.7b09452

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Wu, CC, Baiga, TJ, Downes, M., La Clair, JJ, Atkins, AR, Richard, SB, Fan, W., Stockley-Noel, TA, Bowman, ME, Noël, JP, Evans, RM Base structurelle de la ligature spécifique du récepteur δ activé par les proliférateurs de peroxysomes. (2017) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 114(13):E2563-E2570. DOI : 10.1073/pnas.1621513114

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Mindrebo, JT, Nartey, CM, Seto, Y., Burkart, MD, Noël, JP Dévoiler la diversité fonctionnelle de la superfamille des alpha/bêta hydrolases dans le règne végétal. (2016) Opinion actuelle en biologie structurale. 41 : 233-246. DOI : 10.1016/j.sbi.2016.08.005

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Levsh, O., Chiang, YC, Tung, CF, Noël, JP, Wang, Y., Weng, JK Les états conformationnels dynamiques dictent la sélectivité envers le substrat natif dans une acyltransférase permissive au substrat. (2016) Biochimie. 55(45):6314-6326. DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00887

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Weng, JK, Ye, M., Li, B., Noël, JP La coévolution du métabolisme hormonal et des réseaux de signalisation élargit la plasticité adaptative des plantes. (2016) Téléphone 166(4):881-93. DOI : 10.1016/j.cell.2016.06.027

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Koo, HJ, Vickery, CR, Xu, Y., Louie, GV, O'Maille, PE, Bowman, M., Nartey, CM, Burkart, MD, Noël, JP Potentiel biosynthétique des synthases sesquiterpéniques : profils de produits de la synthase de prémnaspirodiène de la jusquiame égyptienne et des mutants apparentés. (2016) Journal des antibiotiques. 69(7):524-33. DOI : 10.1038/ja.2016.68

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El Gamal, A., Agarwal, V., Diethelm, S., Rahman, I., Schorn, MA, Sneed, JM, Louie, GV, Whalen, KE, Mincer, TJ, Noël, JP, Paul, VJ, Moore, BS Biosynthèse du tétrabromopyrrole, signal de fixation des coraux, dans les bactéries marines par une paire d'enzymes brominase-thioestérase spécialement adaptée. (2016) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 113(14):3797-802. DOI : 10.1073/pnas.1519695113

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Les pyrroles halogénés (halopyrroles) sont des fractions chimiques courantes présentes dans les produits naturels bactériens bioactifs. Les fractions halopyrroles des composés contenant des mono- et dihalopyrroles résultent d'un mécanisme conservé dans lequel un groupe pyrrolyle dérivé de la proline, lié à une protéine porteuse, est d'abord halogéné, puis élaboré par des extensions peptidiques ou polycétides. Ce paradigme est rompu lors de la biosynthèse bactérienne marine du tétrabromopyrrole (1), signal de fixation des larves de corail, par des bactéries pseudoalteromonas, qui résulte de la substitution du carboxylate dérivé de la proline par un atome de brome. Afin de comprendre les bases moléculaires de la bromation décarboxylative dans la biosynthèse de 1, nous avons séquencé deux génomes de Pseudoalteromonas et identifié un locus conservé de quatre gènes codant pour les enzymes impliquées dans sa biosynthèse complète. Grâce à la reconstitution in vitro totale de la biosynthèse de 1 à l'aide d'enzymes purifiées et à l'interrogation biochimique des étapes biochimiques individuelles, nous montrons que les quatre atomes de brome de 1 sont installés par l'action d'une seule halogénase flavine-dépendante : Bmp2. La tétrabromation du pyrrole induit une réaction de déchargement médiée par la thioestérase de la protéine porteuse et active l'intermédiaire de biosynthèse pour la décarboxylation. Des informations sur l'activité tétrabromante de Bmp2 ont été obtenues à partir de la structure cristalline haute résolution de l'halogénase comparée à l'halogénase structurellement homologue Mpy16 qui ne forme qu'un pyrrole dihalogéné dans la biosynthèse du marinopyrrole. La mutagenèse guidée par la structure de la poche de liaison au substrat proposée de Bmp2 a conduit à une réduction du degré d'halogénation catalysée. Notre étude fournit une base biogénétique pour la biosynthèse de 1 et pose des bases solides pour interroger le potentiel biosynthétique pour la production de 1 dans les (méta)génomes marins.

Vickery, CR, La Clair, JJ, Burkart, MD, Noël, JP Récolter les machines biosynthétiques qui cultivent une variété de produits naturels végétaux indispensables. (2016) Opinion actuelle en biologie chimique. 31 : 66-73. DOI : 10.1016/j.cbpa.2016.01.008

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Zheng, Z., Guo, Y., Novák, O., Chen, W., Ljung, K., Noël, JP, Chory, J. Le métabolisme local de l'auxine régule l'élongation de l'hypocotyle induite par l'environnement. (2016) Plantes de la nature. 2:16025. DOI : 10.1038/nplants.2016.25

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Ma, D., Li, X., Guo, Y., Chu, J., Fang, S., Yan, C., Noël, JP, Liu, H. Le cryptochrome 1 interagit avec PIF4 pour réguler l'élongation de l'hypocotyle médiée par la température élevée en réponse à la lumière bleue. (2016) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 113(1):224-9. DOI : 10.1073/pnas.1511437113

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Kersten, RD, Diedrich, JK, Yates, JR, Noël, JP Modification et inactivation post-traductionnelles basées sur le mécanisme dans les synthases de terpènes. (2015) ACS Biologie Chimique. 10(11):2501-11. DOI: 10.1021/acschembio.5b00539

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Henry, LK, Gutensohn, M., Thomas, ST, Noël, JP, Dudareva, N. Les orthologues de l'isopentényl phosphate kinase archéenne régulent la production de terpénoïdes dans les plantes. (2015) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 112(32):10050-5. DOI : 10.1073/pnas.1504798112

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Rising, KA, Crenshaw, CM, Koo, HJ, Subramanian, T., Chehade, KA, Starks, C., Allen, KD, Andres, DA, Spielmann, HP, Noël, JP, Chappell, J. Formation d'un nouvel alcaloïde macrocyclique à partir de l'analogue non naturel du farnésyl diphosphate, l'anilinogéranyl diphosphate, par la 5-épi-aristolochène synthase. (2015) ACS Biologie Chimique. 10(7):1729-36. DOI: 10.1021/acschembio.5b00145

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Pan, H., Zhou, R., Louie, GV, Mühlemann, JK, Bomati, EK, Bowman, ME, Dudareva, N., Dixon, RA, Noël, JP, Wang, X. Etudes structurales de la cinnamoyl-CoA réductase et de la cinnamyl-alcool déshydrogénase, enzymes clés de la biosynthèse du monolignol. (2014) Cellule de plante. 26(9):3709-27. DOI : 10.1105/tpc.114.127399

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Vickery, CR, Kosa, NM, Casavant, EP, Duan, S., Noël, JP, Burkart, MD Structure, biochimie et inhibition des 4'-phosphopantéthéinyl transférases essentielles de deux espèces de mycobactéries. (2014) ACS Biologie Chimique. 9(9):1939-44. DOI : 10.1021/cb500263p

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Procko, C., Crenshaw, CM, Ljung, K., Noël, JP, Chory, J. L'auxine générée par les cotylédons est nécessaire à la croissance de l'hypocotyle induite par l'ombre chez Brassica rapa. (2014) Physiologie végétale. 165(3):1285-1301. DOI : 10.1104/pp.114.241844

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L'architecture végétale est optimisée en fonction de l'environnement lumineux local. En réponse à l'ombre foliaire ou à la proximité des plantes voisines (lumière rouge faible à rouge lointain), certaines espèces végétales présentent des phénotypes évitant l'ombre, notamment une croissance accrue des tiges et de l'hypocotyle, ce qui augmente le risque de dépasser les plantes concurrentes. Si l'ombre persiste, la floraison précoce et la réaffectation des ressources de croissance à l'élongation des tiges affectent à terme le rendement des tissus récoltables chez les espèces cultivées. Des études antérieures ont montré que la croissance de l'hypocotyle dans une ombre rouge faible à rouge lointain dépend largement du photorécepteur phytochrome B et de la phytohormone auxine. Cependant, l'emplacement de l'ombre dans la plante et la façon dont l'auxine régule spatialement la croissance sont moins bien compris. En utilisant l'espèce oléagineuse et légumière Brassica rapa, nous montrons que la perception d'une ombre rouge faible à rouge lointain par les cotylédons déclenche l'élongation des cellules de l'hypocotyle et l'expression des gènes cibles de l'auxine. De plus, nous constatons qu'après la perception de l'ombre, des niveaux élevés d'auxine se produisent selon un gradient basipète s'éloignant des cotylédons, ce qui coïncide avec un gradient d'induction du gène cible de l'auxine. Ces résultats montrent que l'auxine générée par les cotylédons régule l'élongation de l'hypocotyle. De plus, nous constatons chez les plantes matures de B. rapa que l'ombre simulée n'affecte pas la composition en huile des graines, mais peut affecter le rendement en graines. Cela suggère que dans les conditions de terrain où un ombrage mutuel entre les plantes peut se produire, un équilibre entre la densité de plantation et le rendement en graines par plante doit être atteint pour un rendement en huile maximal, tandis que la composition en huile peut rester constante.

Bomati, EK, Haley, JE, Noël, JP, Deheyn, DD Comparaison spectrale et structurelle entre les protéines fluorescentes vertes brillantes et faibles chez Amphioxus. (2014) Rapports scientifiques. 4:5469. DOI : 10.1038/srep05469

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Hoppmann, C., Lacey, VK, Louie, GV, Wei, J., Noël, JP, Wang, L. Codage génétique des acides aminés cliquables photocommutables dans les cellules d'Escherichia coli et de mammifères. (2014) Angewandte Chemie. 53(15):3932-6. DOI: 10.1002/anie.201400001

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Beld, J., Sonnenschein, EC, Vickery, CR, Noël, JP, Burkart, MD Les phosphopantéthéinyl transférases : catalyse d'une modification post-traductionnelle cruciale pour la vie. (2014) Rapports sur les produits naturels. 31(1):61-108. DOI: 10.1039/c3np70054b

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Schorn, M., Zettler, J., Noël, JP, Dorrestein, PC, Moore, BS, Kaysser, L. Base génétique de la biosynthèse de la classe pharmaceutiquement importante des inhibiteurs du protéasome époxycétone. (2014) ACS Biologie Chimique. 9(1):301-9. DOI : 10.1021/cb400699p

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Dellas, N., Thomas, ST, Manning, G., Noël, JP Découverte d'une alternative métabolique à la voie classique du mévalonate. (2013) Évie. 2:e00672. DOI : 10.7554/eLife.00672

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Teufel, R., Miyanaga, A., Michaudel, Q., Stull, F., Louie, G., Noël, JP, Baran, PS, Palfey, B., Moore, BS La double oxydation médiée par la flavine contrôle un réarrangement enzymatique de type Favorskii. (2013) Nature. 503(7477):552-556. DOI : 10.1038/nature12643

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Lacey, VK, Louie, GV, Noël, JP, Wang, L. Élargissement de la bibliothèque et de la diversité des substrats de la pyrrolysyl-tRNA synthétase pour incorporer des acides aminés non naturels contenant des anneaux conjugués. (2013) Chimbiochimie 14(16):2100-5. DOI : 10.1002/cbic.201300400

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Stewart, C., Vickery, CR, Burkart, MD, Noël, JP Confluence de la biologie structurale et chimique : les synthases de polycétides végétales comme biocatalyseurs pour un avenir biosourcé. (2013) Opinion actuelle en biologie végétale. 16(3):365-72. DOI : 10.1016/j.pbi.2013.02.004

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Weng, JK, Noël, JP Chimidoversité chez Selaginella : un système de référence pour l'évolution métabolique parallèle et convergente chez les plantes terrestres. (2013) Frontières en phytologie. 4:119. DOI : 10.3389/fpls.2013.00119

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Les premières plantes ont commencé à coloniser la Terre il y a environ 450 millions d'années. Leur succès sur terre a été en partie attribué à l'évolution de systèmes métaboliques spécialisés à partir de voies métaboliques fondamentales, les premières produisant des composés chimiques structurellement et fonctionnellement diversifiés pour faire face à une multitude de pressions écologiques biotiques et abiotiques. Au cours des deux dernières décennies, la génomique fonctionnelle, principalement axée sur les plantes à fleurs, a commencé à cataloguer les acteurs biosynthétiques sous-jacents à diverses classes de métabolites végétaux spécialisés. Cependant, les mécanismes moléculaires enrichissant les voies métaboliques spécialisées au cours de l'évolution des plantes terrestres restent largement inexplorés. Selaginella est un genre de lycopodiophyte existant, représentatif d'une ancienne lignée de trachéophytes. Il est à noter que les lycopodiophytes ont divergé des euphyllophytes il y a plus de 400 millions d'années. La récente finalisation du séquençage du génome entier d'un lycopodiophyte existant, S. moellendorffii, fournit de nouvelles ressources génomiques et biochimiques pour l'étude de l'évolution métabolique des plantes vasculaires. 400 millions d'années d'évolution indépendante des lycopodiophytes et des euphyllophytes ont donné naissance à de nombreux traits métaboliques spécifiques à chaque lignée. Étonnamment, un ensemble de métabolites spécialisés, généralement considérés comme limités aux plantes à graines, a été identifié chez Selaginella. Les premiers travaux suggèrent que Selaginella ne possède pas d'homologues catalytiques évidents, connus pour être impliqués dans la biosynthèse de métabolites spécialisés bien étudiés chez les plantes à graines. Par conséquent, ces premières analyses fonctionnelles suggèrent que les mêmes phénotypes chimiques sont apparus indépendamment, plus fréquemment que ce que notre compréhension conventionnelle de l'évolution du métabolisme ne le prévoyait. Notamment, l'émergence de mécanismes catalytiques analogues et homologues, respectivement par évolution convergente et parallèle, semble s'être produite à plusieurs reprises dans différentes lignées végétales.

Guo, Y., Zheng, Z., La Clair, JJ, Chory, J., Noël, JP Perception de la karrikine dérivée de la fumée par l'α/β-hydrolase KAI2 d'Arabidopsis. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110(20):8284-9. DOI : 10.1073/pnas.1306265110

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Zheng, Z., Guo, Y., Novák, O., Dai, X., Zhao, Y., Ljung, K., Noël, JP, Chory, J. Coordination de la biosynthèse de l'auxine et de l'éthylène par l'aminotransférase VAS1. (2013) Nature Chimie Biologie. 9(4):244-6. DOI : 10.1038/nchembio.1178

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Weng, JK, Noël, JP La remarquable souplesse et la promiscuité du métabolisme spécialisé. (2012) Symposiums de Cold Spring Harbor sur la biologie quantitative. 77 : 309-20. DOI : 10.1101/sqb.2012.77.014787

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Les voies métaboliques sont souvent considérées comme « perfectionnées », ou du moins prévisibles, car les substrats se réorganisent efficacement en produits grâce à l'intervention d'une enzyme optimisée. De plus, les étapes catalytiques individuelles s'enchaînent, formant une multitude de circuits métaboliques souvent modélisés avec un haut degré de certitude. Cependant, un examen plus approfondi révèle que la plupart des enzymes ne sont pas précises quant à leur activité, utilisant non pas un seul substrat, mais souvent une variété, et produisant non pas un seul produit, mais une diversité. Par conséquent, les systèmes métaboliques assemblés à partir d'enzymes possédant divers degrés de promiscuité catalytique ne sont ni clairs ni restrictifs ; ils peuvent plutôt parfois fonctionner de manière stochastique dans le milieu intracellulaire. Ce « désordre » complique notre compréhension du comportement cellulaire normal et anormal, tout en préparant paradoxalement de futures adaptations métaboliques avantageuses pour les organismes hôtes. La promiscuité catalytique est intrinsèquement associée à la nature dynamique des structures enzymatiques et à leurs mécanismes chimiques, tous deux essentiels à l'évolutivité enzymatique et métabolique. Outre le métabolisme primaire (central), essentiel à la survie, les organismes possèdent également des systèmes métaboliques secondaires (spécialisés) hautement élaborés. Ces enzymes et voies spécialisées fournissent souvent des stratégies adaptatives uniques à une multitude d'organismes et à leurs populations dans des écosystèmes complexes et changeants. Généralement, les enzymes du métabolisme spécialisé présentent des activités cinétiques atténuées et une promiscuité catalytique accrue par rapport à leurs homologues phylogénétiques ancrées dans le métabolisme primaire. Nous proposons que l'évolutivité soit un trait sélectif dans de nombreux systèmes métaboliques spécialisés répartis dans des populations d'organismes exposés à des pressions environnementales biotiques et abiotiques en constante fluctuation. À mesure que les métabolites mineurs issus du désordre catalytique ont amélioré la fitness des populations, la spécificité s'est relâchée et l'efficacité catalytique a été atténuée. Cette vision actualisée fournit une base mécaniste pour une compréhension plus approfondie des fondements évolutifs de l'explosion de la chimiodiversité dans la nature.

Elleder, D., Baiga, TJ, Russell, RL, Naughton, JA, Hughes, SH, Noël, JP, Young, JA Identification d'un inhibiteur 3-aminoimidazo[1,2-a]pyridine de la transcriptase inverse du VIH-1. (2012) Journal de virologie. 9:305. DOI: 10.1186/1743-422X-9-305

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Liscombe, DK, Louie, GV, Noël, JP Architectures, mécanismes et évolution moléculaire des méthyltransférases de produits naturels. (2012) Rapports sur les produits naturels. 29(10):1238-50. DOI: 10.1039/c2np20029e

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Zhang, M., Wang, XJ, Chen, X., Bowman, ME, Luo, Y., Noël, JP, Ellington, AD, Etzkorn, FA, Zhang, Y. Analyse structurelle et cinétique de la diaphonie entre l'isomérisation et la phosphorylation du prolyl dans le code CTD. (2012) ACS Biologie Chimique. 7(8):1462-70. DOI : 10.1021/cb3000887

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Le domaine C-terminal (CTD) de l'ARN polymérase II eucaryote est un régulateur essentiel de la transcription médiée par l'ARN polymérase II. Il est composé de multiples répétitions d'une séquence consensus Tyr(1)Ser(2)Pro(3)Thr(4)Ser(5)Pro(6)Ser(7). La régulation de la transcription par le CTD est médiée à la fois par la phosphorylation des sérines et par l'isomérisation prolyle des deux prolines. Il est intéressant de noter que les sites de phosphorylation sont généralement proches des prolines, et que la conformation de la proline adjacente pourrait donc influencer la spécificité des kinases et phosphatases correspondantes. Les preuves expérimentales d'une interaction entre ces deux mécanismes de régulation sont difficiles à obtenir. Pin1 est une peptidyl-prolyl isomérase (PPIase) hautement conservée, spécifique de la phosphorylation, qui reconnaît le motif phospho-Ser/Thr (pSer/Thr)-Pro, le CTD étant l'un de ses principaux substrats in vivo. Dans la présente étude, nous fournissons des instantanés structuraux et des preuves cinétiques étayant le concept d'interaction entre l'isomérisation et la phosphorylation des prolyles. Nous avons déterminé les structures de Pin1 lié à deux isostères substrats imitant des peptides contenant des motifs pSer/Thr-Pro en conformations cis ou trans. Les résultats démontrent sans équivoque l'utilité des isostères alcènes verrouillés en cis et en trans comme imitations géométriques proches de peptides liés à une cible protéique. Forts de ce résultat, nous avons identifié un cas spécifique où Pin1 affecte différemment le taux de déphosphorylation catalysé par deux phosphatases (Scp1 et Ssu72) qui ciblent le même résidu sérine dans la répétition heptade CTD, mais ont des préférences différentes pour l'état d'isomérisation du résidu proline adjacent. Ces données illustrent pour la première fois comment la modulation de l'isomérisation de la proline peut influencer cinétiquement la transduction du signal dans la régulation de la transcription.

Weng, JK, Philippe, RN, Noël, JP L'essor de la chimiodiversité chez les plantes. (2012) Science. 336(6089):1667-70. DOI : 10.1126/science.1217411

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Ngaki, MN, Louie, GV, Philippe, RN, Manning, G., Pojer, F., Bowman, ME, Li, L., Larsen, E., Wurtele, ES, Noël, JP Evolution du repliement de la chalcone-isomérase de la liaison aux acides gras à la catalyse stéréospécifique. (2012) Nature. 485(7399):530-3. DOI : 10.1038/nature11009

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Des enzymes métaboliques spécialisées biosynthétisent des substances chimiques d'importance écologique, partageant souvent un pedigree avec les enzymes métaboliques primaires. Cependant, la lignée de l'enzyme chalcone isomérase (CHI) restait inconnue. Chez les plantes vasculaires, la conversion des chalcones en (S)-flavanones chirales, catalysée par CHI, est une étape essentielle de la production de flavonoïdes végétaux, composés qui contribuent à l'attraction, à la défense et au développement. CHI opère près de la limite de diffusion avec un contrôle stéréospécifique. Bien qu'associé principalement aux plantes, le repliement CHI est présent dans plusieurs autres lignées eucaryotes et chez certaines bactéries. Nous présentons ici les structures cristallines, les propriétés de liaison aux ligands et la caractérisation fonctionnelle in vivo d'une famille de repliements CHI non catalytiques chez les plantes. Arabidopsis thaliana contient cinq gènes activement transcrits codant pour des protéines à repliement CHI, dont trois codent également des séquences de transit chloroplastique amino-terminales. Ces trois protéines à repliement CHI sont localisées dans les plastes, site de la biosynthèse de novo des acides gras dans les cellules végétales. De plus, leurs profils d'expression sont corrélés à ceux des enzymes de biosynthèse des acides gras, leur expression maximale se produisant dans les graines et coïncidant avec un stockage accru d'acides gras dans l'embryon en développement. In vitro, ces protéines sont des protéines de liaison aux acides gras (FAP). Les plantes A. thaliana dépourvues de FAP présentent des taux élevés d'acide α-linolénique et des défauts de reproduction marqués, notamment une formation aberrante des graines. La découverte de FAP définit notamment l'évolution adaptative d'une enzyme stéréospécifique et catalytiquement « perfectionnée » à partir d'un ancêtre non enzymatique sur une période définie de l'évolution végétale.

Auldridge, ME, Guo, Y., Austin, MB, Ramsey, J., Fridman, E., Pichersky, E., Noël, JP Activité décarboxylase émergente et atténuation de l'activité α/β-hydrolase au cours de l'évolution de la biosynthèse de la méthylcétone chez la tomate. (2012) Cellule de plante. 24(4):1596-607. DOI : 10.1105/tpc.111.093997

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Weng, JK, Noël, JP Analyses structure-fonction des synthases de polycétides de type III des plantes. (2012) Méth. Enzymol. 515:317-35. DOI: 10.1016/B978-0-12-394290-6.00014-8

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Shen, B., Xiang, Z., Miller, B., Louie, G., Wang, W., Noël, JP, Gage, FH, Wang, L. Codage génétique d'acides aminés non naturels dans les cellules souches neurales et signalement optique des changements de domaine sensibles à la tension dans les neurones différenciés. (2011) Cellules souches. 29(8):1231-40. DOI : 10.1002/tige.679

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Hess, BA, Smentek, L., Noël, JP, O'Maille, Île-du-Prince-Édouard Contraintes physiques sur la diversité des sesquiterpènes résultant de la cyclisation du carbocation eudesm-5-yl. (2011) Journal de l'American Chemical Society. 133(32):12632-41. DOI : 10.1021/ja203342p

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Les origines biogéniques des terpènes cycliques complexes découlent de l'interaction des enzymes et de la réactivité intrinsèque des espèces de carbocation aux principaux points de ramification des voies de cyclisation intramoléculaires, déterminant ainsi la distribution des types de squelettes terpéniques dans la nature. Les solanacées biosynthétisent des composés de défense chimique, largement dérivés des sesquiterpènes de type érémophilane et spirovetivane. Ces squelettes hydrocarbonés partagent une origine biogénique commune, issue de réarrangements alternatifs de Wagner-Meerwein du carbocation eudesm-5-yle lors de la cyclisation du farnésyl pyrophosphate (FPP), catalysée par les sesquiterpènes synthases. Bien que le squelette du spirojatamane partage le même intermédiaire de carbocation, cette classe de sesquiterpènes n'a pas été signalée chez les solanacées et est extrêmement rare dans la nature. Afin d'étudier les bases physiques des réarrangements alternatifs du carbocation eudesm-5-yle, nous avons réalisé des analyses de mécanique quantique (MQ) afin de calculer les conformations, énergies et états de transition admissibles reliant les conformères du carbocation eudesm-5-yle aux squelettes érémophilène, spirovetivane et spirojatamane. De plus, nous avons mené des études parallèles sur des systèmes simplifiés de carbocation décaline afin d'examiner la contribution des substituants du cycle aux conformations admissibles et aux voies de réarrangement. Notre étude révèle que les substituants du cycle élargissent l'espace conformationnel accessible au carbocation eudesm-5-yle tout en bloquant stériquement les réarrangements dans certains contextes. À partir de notre analyse, nous définissons un seuil conformationnel pour chaque réarrangement possible, basé sur les angles dièdres décrivant la géométrie de l'état de transition. De plus, nos calculs indiquent que les réarrangements de migration du méthylène conduisant à des composés spiro sont thermodynamiquement dominants dans les systèmes de carabocation eudesm-5-yle et décaline plus simples. Il est intéressant de noter que l'abondance théorique des types squelettiques de sesquiterpènes résultant de la réactivité intrinsèque du carbocation eudesm-5-yl contraste fortement avec leur abondance naturelle actuellement connue. Les implications de ces résultats pour les trajectoires catalytiques catalysées par les synthases de sesquiterpènes sont discutées.

Takimoto, JK, Dellas, N., Noël, JP, Wang, L. Base stéréochimique pour la pyrrolysyl-ARNt synthétase modifiée et l'incorporation in vivo efficace d'acides aminés non natifs structurellement divergents. (2011) ACS Biologie Chimique. 6(7):733-43. DOI : 10.1021/cb200057a

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Hohorn, M., Belkhadir, Y., Dreux, M., Dabi, T., Noël, JP, Wilson, IA, Chory, J. Base structurelle de la perception des hormones stéroïdes par le récepteur kinase BRI1. (2011) Nature. 474(7352):467-71. DOI : 10.1038/nature10153

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Louie, GV, Bowman, ME, Tu, Y., Mouradov, A., Spangenberg, G., Noël, JP Les analyses structure-fonction d'une O-méthyltransférase d'acide caféique provenant du ray-grass vivace révèlent la base moléculaire de la préférence de substrat. (2010) Cellule de plante. 22(12):4114-27. DOI : 10.1105/tpc.110.077578

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La lignine se forme à partir de la polymérisation d'éléments constitutifs dérivés des phénylpropanoïdes (les monolignols), dont la modification par hydroxylation et O-méthylation module les propriétés chimiques et physiques du polymère de lignine. L'enzyme O-méthyltransférase de l'acide caféique (COMT) est essentielle à la biosynthèse de la lignine. Elle est souvent ciblée dans les tentatives de modification de la composition en lignine des plantes transgéniques pour améliorer la digestibilité du fourrage, l'efficacité de la réduction en pâte ou son utilité dans la production de biocarburants. Malgré des recherches approfondies, les déterminants structurels de la régiospécificité et de la sélectivité du substrat de la COMT restent mal définis. Nous présentons ici les structures cristallographiques aux rayons X de la COMT du ray-grass anglais (Lolium perenne) (Lp OMT1) dans un état conformationnel ouvert, sous forme d'apo- et d'holoenzyme et, plus important encore, dans un état conformationnel fermé complexé avec les produits S-adénosyl-L-homocystéine et sinapaldéhyde. Le complexe lié au produit révèle l'organisation post-transfert de méthyle des groupes catalytiques de la COMT avec les molécules réactives et le site de liaison du ligand phénolique entièrement formé. L'échafaudage central du ligand phénolique forge un réseau de liaisons hydrogène impliquant le groupe 4-hydroxy qui ancre le cycle aromatique et permet ainsi aux seuls groupes métahydroxyles d'être positionnés pour la transméthylation. Bien que distal du site de transméthylation, le substituant de la queue propanoïde régit la préférence cinétique de la COMT du ray-grass pour les aldéhydes par rapport aux alcools et aux acides, en raison d'un seul donneur de liaison hydrogène pour la fraction oxygénée en C9, dictant la préférence pour un aldéhyde.

Noël, JP Biologie chimique : le métabolisme synthétique devient vert. (2010) Nature. 468(7322):380-1. DOI : 10.1038/468380a

Tu, Y., Rochfort, S., Liu, Z., Ran, Y., Griffith, M., Badenhorst, P., Louie, GV, Bowman, ME, Smith, KF, Noël, JP, Mouradov, A., Spangenberg, G. Analyses fonctionnelles des gènes de l'acide caféique O-méthyltransférase et de la cinnamoyl-CoA-réductase du ray-grass vivace (Lolium perenne). (2010) Cellule de plante. 22(10):3357-73. DOI : 10.1105/tpc.109.072827

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Yu, G., Nguyen, TT, Guo, Y., Schauvinhold, I., Auldridge, ME, Bhuiyan, N., Ben-Israel, I., Iijima, Y., Fridman, E., Noël, JP, Pichersky, E. Fonctions enzymatiques des méthylcétones synthases 1 et 2 de la tomate sauvage. (2010) Physiologie végétale. 154(1):67-77. DOI : 10.1104/pp.110.157073

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Les trichomes de l'espèce de tomate sauvage Solanum habrochaites subsp. glabratum synthétisent et stockent des concentrations élevées de méthylcétones, principalement la 2-tridécanone et la 2-undécanone, qui protègent les plantes contre divers insectes herbivores. Nous avons précédemment identifié des ADNc codant deux protéines nécessaires à la biosynthèse des méthylcétones, appelées méthylcétone synthase 1 (ShMKS1) et ShMKS2. Nous rapportons ici l'isolement de séquences génomiques codant pour ShMKS1 et ShMKS2, ainsi que pour les gènes homologues de la tomate cultivée Solanum lycopersicum. Nous montrons qu'un transcrit complet de ShMKS2 code une protéine localisée dans les plastes. En exprimant ShMKS1 et ShMKS2 chez Escherichia coli et en analysant les produits formés, ainsi qu'en réalisant des tests in vitro avec ShMKS1 et ShMKS2, nous concluons que ShMKS2 agit comme une thioestérase hydrolysant les protéines porteuses de 3-cétoacyl-acyl (intermédiaires de la biosynthèse des acides gras localisés dans les plastes) pour libérer les 3-cétoacides et que ShMKS1 catalyse ensuite la décarboxylation de ces 3-cétoacides libérés, formant les produits méthylcétones. Des gènes codant pour des protéines présentant une forte similarité avec ShMKS2, un membre de la famille des protéines « hot-dog fold » connue pour inclure d'autres thioestérases chez les organismes non végétaux, sont présents chez des espèces végétales autres que le genre Solanum. Nous montrons qu'une enzyme apparentée d'Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) produit également des 3-cétoacides lorsqu'elle est exprimée de manière recombinante chez E. coli. Ainsi, l'activité thioestérase des protéines de cette famille semble ancienne. En revanche, l'activité 3-cétoacide décarboxylase de ShMKS1, qui appartient à la superfamille des alpha/bêta-hydrolases, semble être apparue plus récemment, probablement au sein du genre Solanum.

Dellas, N., Noël, JP La mutation de l'isopentényl phosphate kinase archéenne met en évidence le mécanisme et guide la phosphorylation de monophosphates isoprénoïdes supplémentaires. (2010) ACS Biologie Chimique. 5(6):589-601. DOI : 10.1021/cb1000313

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La biosynthèse de l'isopentényl diphosphate (IPP), issue soit de la voie du mévalonate (MVA), soit de la voie du 1-désoxy-d-xylulose 5-phosphate (DXP), fournit le métabolite clé de la biosynthèse primaire et secondaire des isoprénoïdes. Le métabolisme des isoprénoïdes joue un rôle crucial dans la stabilité membranaire, la biosynthèse des stéroïdes, la production de vitamines, la localisation des protéines, la défense et la communication, la photoprotection, le transport des sucres et la biosynthèse des glycoprotéines. Récemment, une branche alternative de la voie MVA a été découverte chez l'archéon Methanocaldococcus jannaschii, impliquant une petite molécule kinase, l'isopentényl phosphate kinase (IPK). L'IPK appartient à la superfamille des aminoacides kinases (AAK). In vitro, l'IPK phosphoryle l'isopentényl monophosphate (IP) dans une réaction dépendante de l'ATP et du Mg(2+) produisant de l'IPP. Nous décrivons ici les structures cristallines de l'IPK de M. jannaschii, affinées à des résolutions nominales de 2.0 à 2.8 A. Notamment, un résidu d'histidine du site actif (His60) forme une liaison hydrogène avec le phosphate terminal du substrat et du produit. Ce résidu His sert de marqueur pour un sous-ensemble de la famille AAK qui catalyse la phosphorylation des groupes fonctionnels phosphate ou phosphonate ; la famille plus large comprend les kinases dirigées par les carboxyles, qui ne possèdent pas ce résidu de site actif. En utilisant l'analyse cinétique à l'état stationnaire des mutants H60A, H60N et H60Q, la forme protonée de l'azote Nepsilon(2) de His60 s'est avérée essentielle à la catalyse, très probablement par la stabilisation de la liaison hydrogène de l'état de transition accompagnant la transphosphorylation. De plus, ces structures ont servi de point de départ à l'ingénierie de mutants IPK capables de la synthèse chimioenzymatique de diphosphates isoprénoïdes à chaîne plus longue à partir de précurseurs monophosphates.

Zhang, M., Liu, J., Kim, Y., Dixon, JE, Pfaff, SL, Gill, GN, Noël, JP, Zhang, Y. Analyse structurale et fonctionnelle de la réaction de transfert de phosphoryle médiée par la petite phosphatase du domaine C-terminal humain, Scp1. (2010) Science des protéines. 19(5):974-86. DOI : 10.1002/pro.375

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Noël, JP, Dellas, N., Faraldos, JA, Zhao, M., Hess, BA, Smentek, L., Coates, RM, O'Maille, PE Élucidation structurelle des voies de cyclisation cisoïde et transoïde d'une sesquiterpène synthase à l'aide de diphosphates de 2-fluorofarnésyle. (2010) ACS Biologie Chimique. 5(4):377-92. DOI : 10.1021/cb900295g

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Faraldos, JA, O'Maille, PE, Dellas, N., Noël, JPCoates, RM Sesquiterpènes dérivés du bisabolyl issus de la cyclisation catalysée par la 5-épi-aristolochène synthase du tabac du (2Z,6E)-farnésyl diphosphate. (2010) Journal de l'American Chemical Society. 132(12):4281-9. DOI : 10.1021/ja909886q

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Ben-Israel, I., Yu, G., Austin, MB, Bhuiyan, N., Auldridge, M., Nguyen, T., Schauvinhold, I., Noël, JP, Pichersky, E., Fridman, E. De multiples facteurs biochimiques et morphologiques sous-tendent la production de méthylcétones dans les trichomes de tomate. (2009) Physiologie végétale. 151(4):1952-64. DOI : 10.1104/pp.109.146415

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L'analyse génétique de populations interspécifiques issues de croisements entre l'espèce de tomate sauvage Solanum habrochaites f. sp. glabratum, qui synthétise et accumule des méthylcétones (MK) insecticides, principalement la 2-undécanone et la 2-tridécanone, dans les trichomes glandulaires, et la tomate cultivée (Solanum lycopersicum), qui n'en synthétise pas, a démontré que plusieurs loci génétiques contribuent au métabolisme des MK chez l'espèce sauvage. Une forte corrélation a été trouvée entre la forme des trichomes glandulaires et leur teneur en MK, et des associations significatives ont été observées entre les états alléliques de trois gènes et la quantité de MK produite par la plante. Deux gènes appartiennent à la voie de biosynthèse des acides gras, et le troisième est la méthylcétone synthase1 (MKS1) précédemment identifiée qui assure la conversion en MK des intermédiaires bêta-cétoacyl. L'analyse comparative du transcriptome des trichomes glandulaires de la descendance F2, regroupée en plantes à faible et à forte teneur en MK, a permis d'identifier plusieurs gènes supplémentaires dont les transcrits étaient plus ou moins abondants dans la masse à forte teneur en MK. En particulier, un transcrit spécifique à l'espèce sauvage pour un gène que nous avons nommé MKS2, codant pour une protéine présentant une certaine similarité avec une thioestérase bactérienne bien caractérisée, était environ 300 fois plus fortement exprimé dans les plantes F2 à forte teneur en MK que dans celles à faible teneur en MK. L'analyse génétique de la population en ségrégation a montré que la contribution significative de MKS2 à l'accumulation de MK est médiée par une relation épistatique avec MKS1. De plus, l'expression hétérologue de MKS2 chez Escherichia coli a entraîné la production de méthylcétones chez cet hôte.

Lear, MJ, Simon, O., Foley, TL, Burkart, MD, Baiga, TJ, Noël, JP, DiPasquale, AG, Rheingold, AL, La Clair, JJ Laetirobine issue de la croissance parasitaire de Laetiporus sulphureus sur Robinia pseudoacacia. (2009) J. Nat. Prod. 72(11):1980-7. DOI : 10.1021/np9002838

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Koeduka, T., Orlova, I., Baiga, TJ, Noël, JP, Dudareva, N., Pichersky, E. L'absence de synthèse florale et d'émission d'isoeugénol chez Petunia axillaris subsp. parodii est due à une mutation du gène de l'isoeugénol synthase. (2009) Journal des plantes. 58(6):961-9. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2009.03834.x

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Koeduka, T., Baiga, TJ, Noël, JP, Pichersky, E. Biosynthèse du t-anéthole dans l'anis : caractérisation de la t-anol/isoeugénol synthase et d'une O-méthyltransférase spécifique d'une chaîne latérale propényle C7-C8. (2009) Physiologie végétale. 149(1):384-94. DOI : 10.1104/pp.108.128066

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Le phénylpropène t-anéthole confère l'arôme sucré caractéristique des graines et des feuilles d'anis (Pimpinella anisum, famille des Apiacées). Nous rapportons ici que les parties aériennes de l'anis accumulent du t-anéthole à mesure que la plante mûrit, les concentrations les plus élevées étant observées dans les fruits. Bien que l'anis soit couvert de trichomes, le t-anéthole s'accumule à l'intérieur des feuilles et non dans les trichomes ou la couche cellulaire épidermique. Nous avons obtenu l'ADNc d'anis codant pour la t-anol/isoeugénol synthase 1 (AIS1), une enzyme dépendante du NADPH capable de biosynthétiser le t-anol et l'isoeugénol (ce dernier étant absent de l'anis) à partir respectivement d'acétate de coumaryle et d'acétate de coniféryle. De plus, nous avons obtenu un ADNc codant pour la S-[méthyl-14C]adénosyl-l-méthionine:t-anol/isoeugénol O-méthyltransférase 1 (AIMT1), une enzyme capable de convertir le t-anol ou l'isoeugénol en t-anéthole ou en méthylisoeugénol, respectivement, par méthylation du groupe para-OH. Les gènes codant pour AIS1 et AIMT1 étaient exprimés dans toute la plante et leurs taux de transcription étaient les plus élevés dans les fruits en développement. La protéine AIS1 est identique à 59 % à l'isoeugénol synthase 1 du pétunia (Petunia hybrida) et présente des valeurs de Km apparentes de 145 µm pour l'acétate de coumaryle et de 230 µm pour l'acétate de coniféryle. AIMT1 préfère l'isoeugénol au t-anol d'un facteur 2, avec des valeurs de Km de 19.3 µm pour l'isoeugénol et de 54.5 µm pour la S-[méthyl-14C]adénosyl-l-méthionine. La séquence protéique d'AIMT1 est identique à environ 40 % à celle des phénylpropène O-méthyltransférases du basilic (Ocimum basilicum) et de Clarkia breweri, mais contrairement à ces enzymes, qui ne présentent pas une grande discrimination entre les substrats à chaînes latérales propényle isomères, AIMT1 présente une préférence d'un facteur 10 pour le t-anol par rapport au chavicol et pour l'isoeugénol par rapport à l'eugénol.

O'Maille, PE, Malone, A., Dellas, N., Andes Hess, B., Smentek, L., Sheehan, I., Greenhagen, BT, Chappell, J., Manning, G., Noël, JP Exploration quantitative du paysage catalytique séparant les synthases sesquiterpéniques végétales divergentes. (2008) Nature Chimie Biologie. 4(10):617-23. DOI : 10.1038/nchembio.113

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Savaldi-Goldstein, S., Baiga, TJ, Pojer, F., Dabi, T., Butterfield, C., Parry, G., Santner, A., Dharmasiri, N., Tao, Y., Estelle, M., Noël, JP, Chory, J. De nouveaux analogues d’auxine ayant des effets favorisant la croissance dans les plantes intactes révèlent une stratégie chimique pour améliorer l’administration d’hormones. (2008) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 105(39):15190-5. DOI : 10.1073/pnas.0806324105

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La croissance des plantes dépend de l'intégration de signaux environnementaux et des voies de signalisation des phytohormones. Lors de l'émergence des plantules, l'élongation de la tige embryonnaire (hypocotyle) sert de mesure des réponses photo-dépendantes et hormono-dépendantes. Nous avons analysé 10,000 100 substances chimiques administrées de manière exogène aux plantules cultivées sous lumière et identifié 2,4 composés favorisant l'élongation de l'hypocotyle. Notamment, un sous-ensemble de ces substances chimiques partage des caractéristiques structurelles avec les auxines synthétiques, l'acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (1-D) et l'acide 1-naphtalèneacétique (3-NAA) ; en revanche, les auxines traditionnelles (par exemple, l'acide indole-2,4-acétique [IAA], le 1-D, le 2,4-NAA) n'ont aucun effet sur l'élongation de l'hypocotyle. Nous montrons que ces nouveaux composés agissent comme des « proauxines », comparables à des promédicaments. Nos données suggèrent que ces composés diffusent efficacement vers l'hypocotyle, où ils subissent un clivage à des vitesses variables, libérant des auxines fonctionnelles. Pour étudier ce principe, nous avons appliqué une stratégie de masquage et conçu un pro-2,4-D. Contrairement au 2,4-D seul, ce pro-XNUMX-D a amélioré l'élongation de l'hypocotyle. Nous avons également démontré l'utilité des proauxines en caractérisant les réponses auxines dans des hypocotyles cultivés à la lumière de plusieurs mutants du récepteur de l'auxine. Ces nouveaux composés offrent ainsi un accès expérimental à un tissu jusqu'alors inaccessible à l'application exogène d'auxines. Nos études illustrent la puissance combinée de la génétique chimique et des analyses biochimiques pour la découverte et le perfectionnement d'analogues de prohormones ayant une activité sélective dans des tissus végétaux spécifiques. Outre l'utilité de ces composés pour répondre aux questions liées aux interactions entre l'auxine et la signalisation lumineuse, on peut envisager d'utiliser ces principes simples pour étudier d'autres hormones végétales et les réponses de petites molécules de manière contrôlée temporellement et spatialement.

Eustáquio, AS, Härle, J., Noël, JP, Moore, BS S-adénosyl-L-méthionine hydrolase (formant de l'adénosine), une protéine bactérienne et archéenne conservée apparentée aux halogénases dépendantes de SAM. (2008) Chimbiochimie 9(14):2215-9. DOI : 10.1002/cbic.200800341

Kumano, T., Richard, SB, Noël, JP, Nishiyama, M., Kuzuyama, T. Synthèses chimioenzymatiques de petites molécules aromatiques prénylées à l'aide de prényltransférases de Streptomyces avec des spécificités de substrat relâchées. (2008) Chimie bioorganique et médicinale. 16(17):8117-26. DOI : 10.1016/j.bmc.2008.07.052

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Baiga, TJ, Guo, H., Xing, Y., O'Doherty, GA, Dillin, A., Austin, MB, Noël, JP, La Clair, JJ L'induction métabolique des larves de Caenorhabditis elegans dauer se produit via le transport dans le pharynx. (2008) ACS Biologie Chimique. 3(5):294-304. DOI : 10.1021/cb700269e

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Tello, M., Kuzuyama, T., Heide, L., Noël, JP, Richard, SB La famille ABBA des prényltransférases aromatiques : élargir la diversité des produits naturels. (2008) Sciences de la vie cellulaires et moléculaires. 65(10):1459-63. DOI: 10.1007/s00018-008-7579-3

Koeduka, T., Louie, GV, Orlova, I., Kish, CM, Ibdah, M., Wilkerson, CG, Bowman, ME, Baiga, TJ, Noël, JP, Dudareva, N., Pichersky, E. Les multiples synthases de phénylpropène présentes dans Clarkia breweri et Petunia hybrida représentent deux lignées protéiques distinctes. (2008) Journal des plantes. 54(3):362-74. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03412.x

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De nombreuses plantes synthétisent des composés volatils de phénylpropène, l'eugénol et l'isoeugénol, pour se défendre contre les herbivores et les agents pathogènes et attirer les pollinisateurs. Les fleurs de Clarkia breweri émettent un mélange d'eugénol et d'isoeugénol, tandis que les fleurs de Petunia hybrida émettent principalement de l'isoeugénol avec de faibles quantités d'eugénol. Nous avons récemment signalé l'identification d'une enzyme du pétunia, l'isoeugénol synthase 1 (PhIGS1), qui catalyse la formation d'isoeugénol, et d'une enzyme d'Ocimum basilicum (basilic), l'eugénol synthase 1 (ObEGS1), qui produit de l'eugénol. ObEGS1 et PhIGS1 utilisent toutes deux l'acétate de coniféryle, présentent une séquence identique à 52 % et appartiennent à une famille de réductases NADPH-dépendantes impliquées dans le métabolisme secondaire. Nous montrons ici que les fleurs de C. breweri possèdent deux protéines étroitement apparentées (96 % d'identité), CbIGS1 et CbEGS1, qui sont similaires à ObEGS1 (58 % et 59 % d'identité, respectivement) et catalysent la formation d'isoeugénol et d'eugénol, respectivement. Des expériences de mutagenèse in vitro démontrent que la substitution d'un seul résidu peut affecter considérablement la spécificité du produit de ces enzymes. Une troisième enzyme de C. breweri identifiée, CbEGS2, catalyse également la formation d'eugénol à partir d'acétate de coniféryle et n'est identique qu'à 46 % à CbIGS1 et CbEGS1, mais plus similaire (> 70 %) à d'autres types de réductases. Nous avons également découvert que les fleurs de pétunia contiennent une enzyme, PhEGS1, très similaire à CbEGS2 (82 % d'identité) et qui convertit l'acétate de coniféryle en eugénol. Nos résultats indiquent que des enzymes végétales ayant des activités EGS et IGS sont apparues à plusieurs reprises et dans différentes lignées protéiques.

Tao, Y., Ferrer, JL, Ljung, K., Pojer, F., Hong, F., Long, JA, Li, L., Moreno, JE, Bowman, ME, Ivans, LJ, Cheng, Y., Lim, J., Zhao, Y., Ballaré, CL, Sandberg, G., Noël, JP, Chory, J. La synthèse rapide de l'auxine via une nouvelle voie dépendante du tryptophane est nécessaire pour éviter l'ombre chez les plantes. (2008) Téléphone 133(1):164-76. DOI : 10.1016/j.cell.2008.01.049

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Austin, MB, O'Maille, PE, Noël, JP Les tangos biosynthétiques en évolution négocient des paysages mécanistes. (2008) Nature Chimie Biologie. 4(4):217-22. DOI: 10.1038/nchembio0408-217

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Ferrer, JL, Austin, MB, Stewart, C., Noël, JP Structure et fonction des enzymes impliquées dans la biosynthèse des phénylpropanoïdes. (2008) Physiologie et biochimie végétales. 46(3):356-70. DOI : 10.1016/j.plaphy.2007.12.009

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Composant majeur du métabolisme spécialisé des plantes, les voies de biosynthèse des phénylpropanoïdes fournissent des anthocyanes pour la pigmentation, des flavonoïdes tels que les flavones pour la protection contre les photodommages causés par les UV, divers flavonoïdes et isoflavonoïdes inducteurs des gènes de nodulation de Rhizobium, de la lignine polymère pour le soutien structurel et diverses phytoalexines antimicrobiennes. Constituants d'une alimentation riche en plantes et d'un ensemble d'agents médicinaux à base de plantes, les phénylpropanoïdes présentent des activités chimiopréventives anticancéreuses, antimitotiques, œstrogéniques, antipaludiques, antioxydantes et antiasthmatiques mesurables. Les bienfaits pour la santé de la consommation de vin rouge, riche en 3,4',5-trihydroxystilbène (resvératrol) et autres phénylpropanoïdes, soulignent la sensibilisation croissante de la communauté médicale et du grand public à l'importance alimentaire potentielle de ces composés d'origine végétale. Il y a dix ans à peine, la structure tridimensionnelle des enzymes impliquées dans ces voies de biosynthèse hautement ramifiées était encore mal connue. Il y a dix ans, nous avons initié des analyses cristallographiques aux rayons X d'enzymes clés de cette voie, complétées par des études biochimiques et d'ingénierie enzymatique. Nous avons d'abord étudié la chalcone synthase (CHS), point d'entrée de la voie des flavonoïdes, et sa proche parente, la stilbène synthase (STS). Des travaux ont rapidement suivi sur les O-méthyl transférases (OMT) impliquées dans les modifications de la chalcone, des isoflavonoïdes et des précurseurs métaboliques de la lignine. Plus récemment, nos groupes et d'autres ont étendu le champ des études structurales de la voie des phénylpropanoïdes aux enzymes en amont responsables du recrutement initial de la phénylalanine et de la tyrosine, ainsi qu'à plusieurs réductases, acyltransférases et enzymes auxiliaires de personnalisation des métabolites dérivés des phénylpropanoïdes. Ces études structure-fonction fournissent collectivement une vision complète d'un aspect important du métabolisme des phénylpropanoïdes. Plus spécifiquement, ces connaissances, obtenues à l'échelle atomique, sur l'architecture et les mécanismes des enzymes métabolisant les phénylpropanoïdes contribuent à notre compréhension de l'émergence et de l'évolution des produits phénylpropanoïdes spécialisés, et soulignent les bases moléculaires de la biodiversité métabolique au niveau chimique. Enfin, la connaissance détaillée de la structure, de la fonction et de l'évolution de ces enzymes du métabolisme spécialisé fournit un ensemble de modèles expérimentaux pour l'ingénierie enzymatique et métabolique de plateformes de production de divers nouveaux composés aux propriétés diététiques et médicinales intéressantes.

Zhao, N., Ferrer, JL, Ross, J., Guan, J., Yang, Y., Pichersky, E., Noël, JP, Chen, F. Les analyses structurelles, biochimiques et phylogénétiques suggèrent que l'acide indole-3-acétique méthyltransférase est un membre évolutif ancien de la famille SABATH. (2008) Physiologie végétale. 146(2):455-67. DOI : 10.1104/pp.107.110049

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La famille de protéines végétales SABATH comprend un groupe de méthyltransférases (MT) à petites molécules apparentées qui catalysent la méthylation dépendante de la S-adénosyl-L-méthionine de substances chimiques naturelles présentant des structures très divergentes. L'acide indole-3-acétique (IAA) méthyltransférase (IAMT) est un membre de la famille SABATH qui module l'homéostasie de l'IAA dans les tissus végétaux par la méthylation de son groupe carboxyle libre. La structure cristalline de l'IAMT d'Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) (AtIAMT1) a été déterminée et affinée à une résolution de 2.75 A. Les structures tertiaires et quaternaires globales ressemblent étroitement au monomère bilobé à deux domaines et à l'arrangement dimérique, respectivement, observés précédemment pour la carboxylméthyltransférase d'acide salicylique apparentée de Clarkia breweri (CbSAMT). Afin d'approfondir notre compréhension de la fonction biologique et de l'évolution des gènes SABATH, en particulier de l'IAMT, nous avons analysé la famille de gènes SABATH dans le génome du riz (Oryza sativa). Quarante et un gènes OsSABATH ont été identifiés. L'analyse de l'expression a montré que plus de la moitié des gènes OsSABATH étaient transcrits dans un ou plusieurs organes. Le gène OsSABATH le plus similaire à AtIAMT1 est OsSABATH4. La protéine OsSABATH4 exprimée par Escherichia coli présentait le niveau d'activité catalytique le plus élevé envers l'IAA et a donc été nommée OsIAMT1. OsIAMT1 présentait des propriétés cinétiques similaires à AtIAMT1 et à l'IAMT du peuplier (PtIAMT1). La modélisation structurale d'OsIAMT1 et de PtIAMT1, utilisant la structure d'AtIAMT1 déterminée expérimentalement et rapportée ici comme modèle, a révélé des caractéristiques structurelles conservées des IAMT au sein de la cavité du site actif, qui divergent de celles des membres fonctionnellement distincts de la famille SABATH, tels que CbSAMT. L'analyse phylogénétique a révélé que les IAMT d'Arabidopsis, du riz et du peuplier (Populus spp.) forment un groupe monophylétique. Ainsi, des données structurelles, biochimiques et phylogénétiques étayent l'hypothèse selon laquelle l'IAMT est un membre évolutivement ancien de la famille SABATH, susceptible de jouer un rôle essentiel dans l'homéostasie de l'IAA chez un large éventail de plantes.

Eustáquio, AS, Pojer, F., Noël, JP, Moore, BS Découverte et caractérisation d'une chlorinase bactérienne marine dépendante de la SAM. (2008) Nature Chimie Biologie. 4(1):69-74. DOI : 10.1038/nchembio.2007.56

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Noël, JP Chercher des réponses, sentir un soupçon de succès et goûter au triomphe. (2007) Nature Chimie Biologie. 3(11):690-1. DOI: 10.1038/nchembio1107-690

Louie, GV, Baiga, TJ, Bowman, ME, Koeduka, T., Taylor, JH, Spassova, SM, Pichersky, E., Noël, JP Structure et mécanisme réactionnel de l'eugénol synthase du basilic. (2007) PLOS One. 2(10):e993. DOI : 10.1371/journal.pone.0000993

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Les phénylpropènes, un vaste groupe de composés volatils végétaux jouant de multiples rôles dans la défense et l'attraction des pollinisateurs, contiennent une chaîne latérale propényle. L'eugénol synthase (EGS) catalyse le déplacement réducteur de l'acétate de la chaîne latérale propényle du substrat acétate de coniféryle pour produire l'allyl-phénylpropène eugénol. Nous rapportons ici la détermination de la structure de l'EGS du basilic (Ocimum basilicum) par cristallographie aux rayons X des protéines. L'EGS est structurellement apparentée aux déshydrogénases/réductases à chaîne courte (SDR), et en particulier aux enzymes de la sous-famille des isoflavones réductases. La structure d'un complexe ternaire d'EGS lié au cofacteur NADP(H) et à un inhibiteur compétitif mixte, l'EMDF ((7S,8S)-éthyl (7,8-méthylène)-dihydroférulate), fournit une vue détaillée des interactions de liaison au sein du site actif de l'EGS et constitue un point de départ pour l'étude mutagène du mécanisme réducteur inhabituel de l'EGS. Les interactions clés entre l'EMDF et l'holoenzyme EGS comprennent l'empilement du cycle phényle de l'EMDF contre le cycle nicotinamide du cofacteur, ainsi qu'une interaction par liaison hydrogène, médiée par l'eau, entre le groupe 4-hydroxy de l'EMDF et la fraction amino de la chaîne latérale d'un résidu de lysine conservé, Lys132. Le carbone C4 de la nicotinamide est situé à proximité immédiate du site d'addition de l'hydrure, le carbone C7 des substrats acétate de cinnamyle. La structure de l'EGS liée à l'inhibiteur suggère un mécanisme réactionnel en deux étapes impliquant la formation d'un quinone-méthide avant la réduction. La formation de cet intermédiaire est favorisée par un réseau de liaisons hydrogène qui favorise la déprotonation du groupe 4-hydroxyle du substrat et défavorise la liaison de la fraction acétate, s'apparentant à un mécanisme catalytique push-pull. Notamment, l'implication catalytique dans l'EGS du Lys132 conservé dans la préparation du substrat phénolique pour la formation de méthide de quinone via le réseau de relais de protons semble être une adaptation du rôle analogue dans la liaison hydrogène joué par le résidu de lysine équivalent dans d'autres enzymes de la famille SDR.

Faraldos, JA, Zhao, Y., O'Maille, PE, Noël, JPCoates, RM Interception de la conversion enzymatique du farnésyl diphosphate en 5-épi-aristolochène en utilisant un analogue de substrat fluoré : le 1-fluorogermacrène A à partir du (2E,6Z)-6-fluorofarnésyl diphosphate. (2007) Chimbiochimie 8(15):1826-33. DOI : 10.1002/cbic.200700398

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Takahashi, S., Yeo, YS, Zhao, Y., O'Maille, PE, Greenhagen, BT, Noël, JP, Coates, RM, Chappell, J. Caractérisation fonctionnelle de la premnaspirodiène oxygénase, un cytochrome P450 catalysant les hydroxylations régio- et stéréo-spécifiques de divers substrats sesquiterpéniques. (2007) Journal de chimie biologique. 282(43):31744-54. DOI : 10.1074/jbc.M703378200

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La solavétivone, une puissante phytoalexine antifongique, est dérivée d'un sesquiterpène de type vétispirane, le prémnaspirodiène, par une hydroxylation régio- et stéréospécifique putative, suivie d'une seconde oxydation pour produire la cétone alpha, bêta-insaturée. Mécaniquement, ces réactions pourraient se produire via un seul cytochrome P450 multifonctionnel ou une combinaison de cytochromes P450 et d'une déshydrogénase. Nous rapportons ici la caractérisation d'une enzyme du cytochrome P450, la prémnaspirodiène oxygénase (HPO) d'Hyoscyamus muticus, qui catalyse ces réactions successives au niveau du carbone 2 (C-2) du substrat spirane. L'HPO catalyse également l'hydroxylation régio-spécifique (C-2) équivalente de plusieurs sesquiterpènes de type érémophilane (système cyclique décaline), comme le 5-épi-aristolochène. Français De plus, HPO présente des comparaisons intéressantes avec d'autres hydroxylases sesquiterpéniques. La 5-épi-aristolochène di-hydroxylase (EAH) diffère catalytiquement de HPO en introduisant des groupes hydroxyles d'abord en C-1, puis en C-3 du 5-épi-aristolochène. HPO et EAH diffèrent également l'une de l'autre par des différences de 91 acides aminés, quatre de ces différences étant cartographiées dans les régions putatives de reconnaissance du substrat 5 et 6. Ces quatre positions ont été mutagénisées seules et dans diverses combinaisons à la fois dans HPO et EAH et les enzymes mutantes ont été caractérisées pour les changements de sélectivité du substrat, de spécificité du produit de réaction et de propriétés cinétiques. Ces mutations n'ont pas modifié la régio- ou stéréo-spécificité de HPO ou EAH, mais des combinaisons spécifiques de mutations ont amélioré les efficacités catalytiques de 10 à 15 fois. Les modèles moléculaires et les comparaisons entre HPO et EAH fournissent des informations sur les propriétés catalytiques de ces enzymes du métabolisme spécialisé chez les plantes.

Wang, W., JK Takimoto, GV Louie, TJ Baiga, Noël, JP, Lee, KF, Slesinger, PA, Wang, L. Codage génétique d'acides aminés non naturels pour des études cellulaires et neuronales. (2007) Nature Neuroscience. 10(8):1063-72. DOI : 10.1038/nn1932

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Haagen, Y., Unsöld, I., Westrich, L., Gust, B., Richard, SB, Noël, JP, Heide, L. Une prényltransférase soluble et indépendante du magnésium catalyse les C-prénylations et O-prénylations inverses et régulières des substrats aromatiques. (2007) Lettres FEBS. 581(16):2889-93. DOI : 10.1016/j.febslet.2007.05.031

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Zhang, Y., Daum, S., Wildemann, D., Zhou, XZ, Verdecia, MA, Bowman, ME, Lücke, C., Hunter, T., Lu, KP, Fischer, G., Noël, JP Base structurelle de l'inhibition peptidique à haute affinité de Pin1 humain. (2007) ACS Biologie Chimique. 2(5):320-8. DOI : 10.1021/cb7000044

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Takahashi, S., Yeo, Y., Greenhagen, BT, McMullin, T., Song, L., Maurina-Brunker, J., Rosson, R., Noël, JP, Chappell, J. Ingénierie métabolique du métabolisme des sesquiterpènes chez la levure. (2007) Biotechnologie et bio-ingénierie. 97(1):170-81. DOI : 10.1002/bit.21216

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Moffitt, MC, Louie, GV, Bowman, ME, Pence, J., Noël, JP, Moore, BS Découverte de deux phénylalanine ammoniac lyases cyanobactériennes : caractérisation cinétique et structurale. (2007) Biochimie. 46(4):1004-12. DOI : 10.1021/bi061774g

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Varbanova, M., Yamaguchi, S., Yang, Y., McKelvey, K., Hanada, A., Borochov, R., Yu, F., Jikumaru, Y., Ross, J., Cortes, D., Ma, CJ, Noël, JP, Mander, L., Shulaev, V., Kamiya, Y., Rodermel, S., Weiss, D., Pichersky, E. Méthylation des gibbérellines par Arabidopsis GAMT1 et GAMT2. (2007) Cellule de plante. 19(1):32-45. DOI : 10.1105/tpc.106.044602

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Louie, GV, Bowman, ME, Moffitt, MC, Baiga, TJ, Moore, BS, Noël, JP Déterminants structurels et modulation de la spécificité du substrat dans les phénylalanine-tyrosine ammoniac-lyases. (2006) Chimie et biologie. 13(12):1327-38. DOI : 10.1016/j.chambiol.2006.11.011

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Liu, CJ, Deavours, BE, Richard, SB, Ferrer, JL, Blount, JW, Huhman, D., Dixon, RA, Noël, JP Base structurelle de la double fonctionnalité des isoflavonoïdes O-méthyltransférases dans l'évolution des réponses de défense des plantes. (2006) Cellule de plante. 18(12):3656-69. DOI : 10.1105/tpc.106.041376

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Chez les légumineuses telles que le pois (Pisum sativum), la luzerne (Medicago sativa), la luzerne truncatule (Medicago truncatula) et le pois chiche (Cicer arietinum), la 4'-O-méthylation des isoflavonoïdes naturels se produit tôt dans la biosynthèse de substances chimiques de défense appelées phytoalexines. Cependant, parmi ces quatre espèces, seul le pois catalyse la 3-O-méthylation qui convertit l'isoflavonoïde ptérocarpanoïde 6a-hydroxymaackiaine en pisatine. Chez le pois, la pisatine est importante pour la résistance chimique au champignon pathogène Nectria hematococca. Bien que la luzerne truncatule ne biosynthétise pas la 6a-hydroxymaackiaine, lorsque les cultures en suspension cellulaire sont alimentées en 6a-hydroxymaackiaine, elles accumulent de la pisatine. In vitro, l'hydroxyisoflavanone 4'-O-méthyltransférase (HI4'OMT) du medic baril présente des paramètres cinétiques à l'état d'équilibre presque identiques pour la 4'-O-méthylation de l'intermédiaire isoflavonoïde 2,7,4'-trihydroxyisoflavanone et pour la 3-O-méthylation de l'intermédiaire ptérocarpanoïde dérivé de l'isoflavonoïde 6a-hydroxymaackiain présent dans le pois. Les structures cristallines aux rayons X des protéines des complexes substrats HI4'OMT ont révélé des conformations liées de manière identique pour le stéréoisomère 2S,3R de la 2,7,4'-trihydroxyisoflavanone et le stéréoisomère 6aR,11aR de la 6a-hydroxymaackiain. Ces résultats suggèrent comment des conformations similaires intrinsèques à des substrats chimiques apparemment distincts ont permis aux légumineuses d'utiliser des enzymes homologues pour deux réactions de biosynthèse différentes. La similitude tridimensionnelle des petites molécules naturelles représente une explication de la façon dont les plantes peuvent rapidement recruter des enzymes pour de nouvelles réactions biosynthétiques en réponse à l’évolution des pressions physiologiques et écologiques.

Zhang, Y., Kim, Y., Genoud, N., Gao, J., Kelly, JW, Pfaff, SL, Gill, GN, Dixon, JE, Noël, JP Déterminants de la déphosphorylation du domaine C-terminal de l'ARN polymérase II par Scp1. (2006) Cellule moléculaire. 24(5):759-70. DOI : 10.1016/j.molcel.2006.10.027

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Ferrer, JL, Dupuy, J., Borel, F., Jacquamet, L., Noël, JP, Dulic, V. Base structurelle de la modulation de l'activité dépendante/indépendante de CDK de la cycline D1. (2006) Cycle cellulaire. 5(23):2760-8. DOI : 10.4161/cc.5.23.3506

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Song, L., Barona-Gomez, F., Corre, C., Xiang, L., Udwary, DW, Austin, MB, Noël, JP, Moore, BS, Challis, GL Sélectivité de l'unité de démarrage de la synthase de polycétide de type III bêta-cétoacyl-ACP et de l'unité d'extension de l'éthylmalonyl-CoA découverte par l'exploration du génome de Streptomyces coelicolor. (2006) Journal de l'American Chemical Society. 128(46):14754-5. DOI : 10.1021/ja065247w

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Deavours, BE, Liu, CJ, Naoumkina, MA, Tang, Y., Farag, MA, Sumner, LW, Noël, JP, Dixon, RA Analyse fonctionnelle des membres des familles d'enzymes isoflavones et isoflavanone O-méthyltransférases de la légumineuse modèle Medicago truncatula. (2006) Biologie moléculaire végétale. 62(4-5):715-33. DOI: 10.1007/s11103-006-9050-x

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Austin, MB, Saito, T., Bowman, ME, Haydock, S., Kato, A., Moore, BS, Kay, RR, Noël, JP Biosynthèse du facteur d'induction de la différenciation de Dictyostelium discoideum par une synthase hybride d'acide gras de type I et de polycétide de type III. (2006) Nature Chimie Biologie. 2(9):494-502. DOI : 10.1038/nchembio811

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Pojer, F., Ferrer, JL, Richard, SB, Nagegowda, DA, Chye, ML, Bach, TJ, Noël, JP Base structurelle pour la conception d'inhibiteurs puissants et spécifiques à l'espèce des synthases 3-hydroxy-3-méthylglutaryl CoA. (2006) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 103(31):11491-6. DOI : 10.1073/pnas.0604935103

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Jäger, M., Zhang, Y., Bieschke, J., Nguyen, H., Dendle, M., Bowman, ME, Noël, JP, Gruebele, M., Kelly, JW Relation structure-fonction-pliage dans un domaine WW. (2006) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 103(28):10648-53. DOI : 10.1073/pnas.0600511103

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Greenhagen, BT, O'Maille, PE, Noël, JP, Chappell, J. Identification et manipulation des déterminants structurels reliant les spécificités catalytiques dans les synthases de terpènes. (2006) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 103(26):9826-31. DOI : 10.1073/pnas.0601605103

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Les terpènes synthases constituent une famille d'enzymes au mécanisme intrigant. Elles catalysent des réactions complexes en plusieurs étapes, capables de générer des centaines d'échafaudages hydrocarbonés et oxygénés structurellement divers, d'importance biologique et commerciale. Il est intéressant de noter que des terpènes synthases éloignées, des champignons aux plantes, présentent toutes un repliement tridimensionnel invariant, et les comparaisons moléculaires de leurs sites actifs indiquent qu'elles sont enrichies en résidus d'acides aminés relativement inertes qui ne réagissent pas directement avec les intermédiaires réactionnels. Par conséquent, la spécificité catalytique semble dépendre du contour et de la dynamique du site actif créés par le positionnement des squelettes d'acides aminés et des chaînes latérales sur cette surface catalytique et par les couches de résidus de soutien entourant la cavité du site actif de la synthase. Malgré le degré élevé de parenté structurelle entre les terpènes synthases, des études antérieures suggèrent qu'aucune relation claire entre l'organisation phylogénique et les spécificités catalytiques n'est facilement déchiffrée. Nous rapportons maintenant l'interconversion réciproque des spécificités catalytiques entre deux terpènes synthases distinctes, mais évolutivement apparentées, basée sur l'identification systématique et le remplacement mutationnel de résidus variables à l'intérieur et autour du site actif. De plus, nous découvrons une activité biosynthétique jusqu'alors inédite lors de l'interconversion, activité qui aurait pu être présente chez un ancêtre commun de ces deux terpènes synthases étroitement apparentées. Ces résultats fournissent un moyen simplifié de cartographier les caractéristiques structurelles responsables des attributs fonctionnels et une stratégie d'identification des résidus qui différencient les propriétés biosynthétiques divergentes chez des terpènes synthases phylogénétiquement apparentées.

Koeduka, T., Fridman, E., Gang, DR, Vassão, DG, Jackson, BL, Kish, CM, Orlova, I., Spassova, SM, Lewis, NG, Noël, JP, Baiga, TJ, Dudareva, N., Pichersky, E. L'eugénol et l'isoeugénol, constituants aromatiques caractéristiques des épices, sont biosynthétisés par réduction d'un ester d'alcool coniférylique. (2006) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 103(26):10128-33. DOI : 10.1073/pnas.0603732103

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O'Maille, PE, Chappell, J., Noël, JP Potentiel biosynthétique des sesquiterpènes synthases : produits alternatifs de la 5-épi-aristolochène synthase du tabac. (2006) Archives de biochimie et de biophysique. 448(1-2):73-82. DOI: 10.1016/j.abb.2005.10.028

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Coiner, H., Schröder, G., Wehinger, E., Liu, CJ, Noël, JP, Schwab, W., Schröder, J. Méthylation des groupes sulfhydryles : une nouvelle fonction pour une famille de petites molécules végétales O-méthyltransférases. (2006) Journal des plantes. 46(2):193-205. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2006.02680.x

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Chez les plantes, les O-méthyltransférases (OMT) dépendantes de la S-adénosyl-l-méthionine de type I et II catalysent la plupart des méthylations des groupes hydroxyles des petites molécules. Une stratégie de RT-PCR basée sur l'homologie utilisant l'ARN de Catharanthus roseus (pervenche de Madagascar) a précédemment permis d'identifier six nouveaux membres de la famille des OMT végétales de type I. Nous décrivons maintenant la caractérisation moléculaire et biochimique d'une septième protéine. Elle partage 56 à 58 % d'identité avec les OMT de l'acide caféique (COMT), mais elle n'a pas méthylé les substrats des COMT et n'a eu aucune activité avec les flavonoïdes. Cependant, les incubations in vitro ont révélé des niveaux de bruit de fond anormalement élevés sans ajout de substrats. La recherche du composant responsable a révélé que l'enzyme méthylait le dithiothréitol (DTT), l'agent réducteur ajouté pour la stabilisation de l'enzyme. De manière inattendue, l'analyse du produit a révélé que la méthylation se produisait sur une fraction sulfhydryle, et non sur un groupe hydroxyle. L'analyse de 34 composés a révélé une large gamme de substrats, avec une préférence pour les petites molécules hydrophobes. Le benzène thiol (Km 220 µm) et le furfuryl thiol (Km 60 µm) étaient les meilleurs substrats (6 à 7 fois meilleurs que le DTT). Les petits substrats hydrophobes isostériques avec des groupes hydroxyles, comme le phénol et le gaïacol, étaient également méthylés, mais les activités étaient au moins 5 fois inférieures à celles des thiols. L'enzyme a été nommée C. roseus S-méthyltransférase 1 (CrSMT1). Les modèles basés sur la structure cristalline de la COMT suggèrent que la S-méthylation est mécaniquement identique à la O-méthylation. La CrSMT1 est à ce jour le seul exemple reconnu de S-méthyltransférase dans cette famille de protéines. Ses propriétés indiquent que quelques modifications des résidus clés suffisent à convertir une OMT en S-méthyltransférase (SMT). Les futures recherches fonctionnelles sur les méthyltransférases végétales devraient prendre en compte la possibilité que les enzymes puissent diriger la méthylation vers les groupes sulfhydryles.

Schenk, DJ, Starks, CM, Manna, KR, Chappell, J., Noël, JPCoates, RM Stéréochimie et effets isotopiques du deutérium associés aux réarrangements de cyclisation catalysés par les synthases d'épiaristolochène du tabac et de prémnaspirodiène de l'hyoscyamus, et l'hybri chimérique CH4 (2006) Archives de biochimie et de biophysique. 448(1-2):31-44. DOI: 10.1016/j.abb.2005.09.002

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Les synthases d'épiaristolochène du tabac et de prémnaspirodiène de l'hyoscyamus (TEAS et HPS) catalysent les cyclisations et les réarrangements du (E,E)-farnésyl diphosphate (FPP) en hydrocarbures sesquiterpéniques bicycliques correspondants. Ce mécanisme complexe passe par un intermédiaire (R)-germacrène A étroitement lié et implique la séparation d'un carbocation eudesm-5-yle commun, soit par migration angulaire du méthyle, soit par réarrangement du méthylène en C-9, pour former les structures respectives érémophilane et spirovetivane. Dans ce travail, la stéréochimie et le timing des étapes d'addition et d'élimination de protons dans ce mécanisme ont été étudiés par la synthèse de substrats portant des marqueurs deutérium dans l'un ou les deux groupes méthyles terminaux, et dans les hydrogènes méthylène pro-S et pro-R en C-8. Français Les incubations des FPP marqués avec TEAS et HPS recombinants, et avec la cyclase hybride CH4 chimérique ayant des activités catalytiques à la fois de TEAS et de HPS, et de FPP non marqué dans D2O, ainsi que des analyses par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) et/ou RMN des produits marqués ont donné les résultats suivants : (1) éliminations stéréospécifiques de CH3-->CH2 au niveau du méthyle cis-terminal dans tous les cas ; (2) effets isotopiques cinétiques primaires (KIE) similaires de 4.25-4.64 pour les éliminations de CH3-->CH2 ; (3) un KIE intermoléculaire significatif (1.33+/-0.03) dans les cyclisations compétitives de FPP non marqué et de FPP-d6 en prémnaspirodiène par HPS ; (4) incorporation stéréosélective du marqueur de D2O dans la position 1bêta de l'épiaristolochène ; (5) éliminations stéréosélectives des protons 1β et 9β lors de la formation de l'épiaristolochène et de son isomère delta(1(10)), l'épiérémophilène, par TEAS et CH4 ; et (6) perte prédominante du proton 1α lors de la formation de la double liaison cyclohexène du prémnaspirodiène par HPS et CH4. Les résultats sont expliqués par la prise en compte des conformations des différents intermédiaires et par l'exigence d'additions et d'éliminations de protons stéréoélectroniquement favorables.

Yang, Y., Yuan, JS, Ross, J., Noël, JP, Pichersky, E., Chen, F. Une méthyltransférase d'Arabidopsis thaliana capable de méthyler l'acide farnésoïque. (2006) Archives de biochimie et de biophysique. 448(1-2):123-32. DOI: 10.1016/j.abb.2005.08.006

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Nous avons précédemment rapporté l'identification d'une nouvelle famille de méthyltransférases végétales (MT), appelée famille SABATH, qui utilise la S-adénosyl-L-méthionine (SAM) pour méthyler une fraction carboxyle ou un groupe fonctionnel azoté sur divers composés végétaux. Le génome d'Arabidopsis contient à lui seul 24 gènes SABATH distincts. Afin d'identifier les spécificités catalytiques des membres de cette famille de protéines chez Arabidopsis, nous avons criblé des enzymes exprimées et purifiées par recombinaison avec un grand nombre de substrats potentiels. Nous rapportons ici que le gène At3g44860 d'Arabidopsis thaliana code pour une protéine présentant une spécificité catalytique élevée envers l'acide farnésoïque (FA). À l'état stationnaire, cette carboxyl méthyltransférase de l'acide farnésoïque (FAMT) présente des valeurs de KM de 41 et 71 µM pour FA et SAM, respectivement. Un modèle tridimensionnel de FAMT construit sur la base de la similarité avec la structure déterminée expérimentalement de la méthyltransférase d'acide salicylique (SAMT) de Clarkia breweri suggère un modèle raisonnable pour la reconnaissance des acides gras dans le site actif de FAMT. In planta, les niveaux d'ARNm d'At3g44860 augmentent en réponse à l'ajout exogène de plusieurs composés dont il a été démontré précédemment qu'ils induisent des réponses de défense des plantes au niveau transcriptionnel. Bien que le farnésoate de méthyle (MeFA) n'ait pas encore été détecté chez Arabidopsis, la présence d'une carboxyl méthyltransférase spécifique des acides gras chez Arabidopsis, capable de produire du MeFA, une hormone juvénile d'insecte produite par certaines plantes comme défense présumée contre l'herbivorie des insectes, suggère que le MeFA ou des composés chimiquement similaires sont susceptibles de servir de nouveaux métabolites spécialisés chez Arabidopsis.

Lherbet, C., Pojer, F., Richard, SB, Noël, JP, Poulter, CD Absence de canalisation du substrat entre les sites actifs des enzymes IspDF et IspE d'Agrobacterium tumefaciens de la voie du méthylérythritol phosphate. (2006) Biochimie. 45(11):3548-53. DOI : 10.1021/bi0520075

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Pichersky, E., Noël, JP, Dudareva, N. Biosynthèse des composés volatils des plantes : diversité et ingéniosité de la nature. (2006) Science. 311(5762):808-11. DOI : 10.1126/science.1118510

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Testa, CA, Lherbet, C., Pojer, F., Noël, JP, Poulter, CD Clonage et expression d'IspDF à partir de Mesorhizobium loti. Caractérisation d'une protéine bifonctionnelle catalysant des étapes non consécutives de la voie du méthylérythritol phosphate. (2006) Biochimica et Biophysica Acta. 1764(1):85-96. DOI : 10.1016/j.bbapap.2005.08.006

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Verdecia, MA, Larkin, RM, Ferrer, JL, Riek, R., Chory, J., Noël, JP [La structure du cofacteur Mg-chélatase GUN4 révèle un nouveau pli en forme de main pour la liaison à la porphyrine]. (2005) Sciences de la Médecine (Paris). 21(11):903-4. DOI : 10.1051/medsci/20052111903

Bomati, EK, Austin, MB, Bowman, ME, Dixon, RA, Noël, JP Élucidation structurelle de la chalcone réductase et implications pour la biosynthèse de la désoxychalcone. (2005) Journal de chimie biologique. 280(34):30496-503. DOI : 10.1074/jbc.M502239200

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La 4,2',4',6'-tétrahydroxychalcone (chalcone) et la 4,2',4'-trihydroxychalcone (désoxychalcone) servent de précurseurs à des flavonoïdes et isoflavonoïdes d'importance écologique. La formation de la désoxychalcone dépend de la chalcone synthase et de la chalcone réductase ; cependant, l'identité du substrat de la chalcone réductase parmi les substrats possibles formés au cours de la réaction en plusieurs étapes catalysée par la chalcone synthase reste expérimentalement difficile à déterminer. Nous rapportons ici la structure tridimensionnelle de la chalcone réductase de luzerne liée au cofacteur NADP+ et proposons l'identité et le mode de liaison de son substrat, à savoir l'intermédiaire coumaryl-trione non aromatisé de la cyclisation catalysée par la chalcone synthase de l'intermédiaire thioester coumaryl-tétracétide entièrement étendu. En l'absence de complexe ternaire, la qualité de la structure raffinée de la chalcone réductase liée au NADP+ sert de modèle à l'amarrage assisté par ordinateur afin d'évaluer la probabilité de substrats potentiels. Il est intéressant de noter que la chalcone réductase adopte la structure tridimensionnelle de la superfamille des aldo/céto réductases. Le repliement de l'aldo/céto réductase est structurellement distinct de toutes les cétoréductases connues de la biosynthèse des acides gras, qui appartiennent plutôt à la superfamille des déshydrogénases/réductases à chaîne courte. Les résultats présentés ici apportent un soutien structural à l'évolution fonctionnelle convergente de ces deux cétoréductases qui partagent des rôles similaires dans la biosynthèse des acides gras/polycétides. De plus, la structure de la chalcone réductase représente la première structure protéique d'un membre de la famille des aldo/cétoréductases 4. Par conséquent, la structure de la chalcone réductase sert de modèle pour la modélisation d'homologie d'autres membres de la famille aldo/céto-réductase 4, y compris la réductase impliquée dans la biosynthèse de la morphine, à savoir la codéinone réductase.

Kuzuyama, T., Noël, JP, Richard, SB Base structurelle de la prénylation biosynthétique promiscuité de produits naturels aromatiques. (2005) Nature. 435(7044):983-7. DOI : 10.1038/nature03668

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Noël, JPAustin, MB, Bomati, EK Relations structure-fonction dans la biosynthèse des phénylpropanoïdes végétaux. (2005) Opinion actuelle en biologie végétale. 8(3):249-53. DOI : 10.1016/j.pbi.2005.03.013

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Effmert, U., Saschenbrecker, S., Ross, J., Negre, F., Fraser, CM, Noël, JP, Dudareva, N., Piechulla, B. Benzénoïdes carboxyl méthyltransférases florales : de la fonction in vitro à la fonction in planta. (2005) Phytochimie. 66(11):1211-30. DOI : 10.1016/j.phytochem.2005.03.031

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Les benzénoïdes carboxyl méthyltransférases synthétisent des esters méthyliques (par exemple, le benzoate de méthyle et le salicylate de méthyle), qui sont des constituants des arômes et des parfums de nombreuses espèces végétales et jouent un rôle important dans la communication des plantes avec leur environnement. Au cours des cinq dernières années, onze de ces carboxyl méthyltransférases ont été isolées et la plupart d'entre elles ont fait l'objet d'études approfondies aux niveaux biochimique, moléculaire et structural. Deux types d'enzymes peuvent être distingués selon leurs préférences de substrat : les enzymes de type SAMT isolées de Clarkia breweri, Stephanotis floribunda, Antirrhinum majus, Hoya carnosa et Petunia hybrida, qui ont une efficacité catalytique plus élevée et une préférence pour l'acide salicylique, tandis que les enzymes de type BAMT d'A. majus, Arabidopsis thaliana, Arabidopsis lyrata et Nicotiana suaveolens préfèrent l'acide benzoïque. L'élucidation de la structure tridimensionnelle de la SAMT de C. breweri a permis une modélisation détaillée des sites actifs des carboxyl méthyltransférases et a révélé que la poche de liaison de la SAM est hautement conservée parmi ces enzymes, tandis que le site de liaison de l'accepteur de méthyle présente une certaine variabilité, permettant une classification en enzymes de type SAMT et de type BAMT. L'analyse des profils d'expression, couplée à une caractérisation biochimique, a montré que ces carboxyl méthyltransférases sont impliquées soit dans la biosynthèse des parfums floraux, soit dans les réponses de défense des plantes. Si ces dernières peuvent être induites par un stress biotique ou abiotique, les gènes responsables de la synthèse des parfums floraux présentent un profil d'expression développemental et rythmique. La nature du produit et l'efficacité de sa formation in planta dépendent de la disponibilité des substrats, de l'efficacité catalytique de l'enzyme envers l'acide benzoïque et/ou l'acide salicylique, et de la régulation transcriptionnelle, traductionnelle et post-traductionnelle au niveau enzymatique. Les propriétés biochimiques des méthyltransférases benzénoïdes carboxyles suggèrent que les gènes impliqués dans les défenses des plantes pourraient représenter l'ancêtre des gènes floraux actuellement existants qui, au cours de l'évolution, ont acquis des profils d'expression différents et ont codé des enzymes capables d'accepter des substrats structurellement similaires.

Verdecia, MA, Larkin, RM, Ferrer, JL, Riek, R., Chory, J., Noël, JP La structure du cofacteur Mg-chélatase GUN4 révèle un nouveau pli en forme de main pour la liaison à la porphyrine. (2005) PLOS Biologie. 3(5):e151. DOI : 10.1371/journal.pbio.0030151

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Bomati, EK, Noël, JP Bases structurelles et cinétiques de la sélectivité du substrat dans la déshydrogénase d'alcool sinapylique de Populus tremuloides. (2005) Cellule de plante. 17(5):1598-611. DOI : 10.1105/tpc.104.029983

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Ferrer, JL, Zubieta, C., Dixon, RA, Noël, JP Structures cristallines de la caféoyl coenzyme A 3-O-méthyltransférase de la luzerne. (2005) Physiologie végétale. 137(3):1009-17. DOI : 10.1104/pp.104.048751

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Takahashi, S., Zhao, Y., O'Maille, PE, Greenhagen, BT, Noël, JP, Coates, RM, Chappell, J. Analyse cinétique et moléculaire de la 5-épiaristolochène 1,3-dihydroxylase, une enzyme du cytochrome P450 catalysant les hydroxylations successives des sesquiterpènes. (2005) Journal de chimie biologique. 280(5):3686-96. DOI : 10.1074/jbc.M411870200

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Français L'étape finale de la biosynthèse du capsidiol est catalysée par la 5-épiaristolochène dihydroxylase (EAH), une enzyme du cytochrome P450 qui catalyse l'insertion régio- et stéréospécifique de deux fractions hydroxyles dans le sesquiterpène bicyclique 5-épiaristolochène (EA). Des études cinétiques détaillées utilisant l'EA et les deux intermédiaires monohydroxylés possibles ont démontré la libération de 1bêta-hydroxy-EA ((OH)EA) à des concentrations élevées d'EA et une préférence catalytique 10 fois supérieure pour 1bêta(OH)EA par rapport à 3alpha(OH)EA, indiquant un ordre de réaction préféré d'hydroxylation en C-1, suivi de celui en C-3. Les alignements de séquences et la modélisation de l'homologie ont identifié les résidus du site actif testés pour leur contribution à la spécificité du substrat et à l'activité enzymatique globale. Les mutants EAH-S368C et EAH-S368V ont montré une efficacité catalytique comparable à celle de type sauvage pour la biosynthèse de 1β(OH)EA, mais étaient dépourvus de l'activité d'hydroxylation successive nécessaire à la biosynthèse du capsidiol. Contrairement à EAH-S368C, EAH-S368V a catalysé la biosynthèse relativement égale de 1β(OH)EA, 2β(OH)EA et 3β(OH)EA à partir d'EA avec une efficacité comparable à celle de type sauvage. De plus, EAH-S368V a converti environ 1.5 % de ces produits monohydroxylés en leurs formes cétoniques respectives. Les mutations de l'alanine et de la thréonine en position 368 ont significativement compromis leurs taux de conversion de l'EA en capsidiol et ont été corrélées à des augmentations de 3.6 et 5.7 fois de leurs valeurs de Km pour l'intermédiaire 1β(OH)EA, respectivement. Un rôle de l'Ile486 dans les hydroxylations successives de l'EA a également été suggéré par le mutant EAH-I468A, qui produisait des quantités significatives de 1β(OH)EA, mais des quantités négligeables de capsidiol à partir de l'EA. Le profil de produit altéré du mutant EAH-I486A était corrélé à un Km 3.6 fois plus élevé pour l'EA et à un taux de renouvellement (kcat) 4.4 fois plus lent pour le 1β(OH)EA. Ces études cinétiques et mutationnelles ont été corrélées aux prédictions d'amarrage du substrat pour suggérer comment Ser368 et Ile486 pourraient contribuer à la topologie du site actif, à la liaison du substrat et à la présentation du substrat au centre réactionnel oxo-Fe-hème.

O'Maille, PE, Chappell, J., Noël, JP Un essai de chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse analytique et quantitative en flacon unique pour les synthases de terpènes. (2004) Biochimie analytique. 335(2):210-7. DOI : 10.1016/j.ab.2004.09.011

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Austin, MB, Izumikawa, M., Bowman, ME, Udwary, DW, Ferrer, JL, Moore, BS, Noël, JP Structure cristalline d'une polycétide synthase bactérienne de type III et contrôle enzymatique des intermédiaires polycétides réactifs. (2004) Journal de chimie biologique. 279(43):45162-74. DOI : 10.1074/jbc.M406567200

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Chez les bactéries, une polycétide synthase (PKS) de type III structurellement simple, appelée 1,3,6,8-tétrahydroxynaphtlène synthase (THNS), catalyse la condensation itérative de cinq unités malonyle liées à CoA pour former un intermédiaire pentacétide. La THNS catalyse ensuite les doubles condensations intramoléculaires de Claisen et d'aldolisation de cet intermédiaire linéaire pour produire le squelette tétrahydroxynaphtalène (THN) à cycle fusionné. Le mécanisme d'extension des polycétides catalysé par la PKS de type III, utilisant une triade catalytique Cys-His-Asn conservée dans une cavité de site actif interne, est relativement bien compris. Cependant, le mécanisme de la production inhabituelle de THN et de la double cyclisation de son pentacétide amorcé par malonyle reste obscur. Nous présentons ici la première structure cristalline de PKS bactérienne de type III, celle de Streptomyces coelicolor THNS, et identifions par mutagenèse, modélisation structurale et analyse chimique la participation catalytique inattendue d'un résidu cystéine supplémentaire conservé par THNS pour faciliter l'extension des polycétides amorcée par le malonyle au-delà du stade tricétide. Le nouveau modèle mécanistique résultant, impliquant l'utilisation de cystéines supplémentaires pour modifier et orienter la réactivité des polycétides, pourrait s'appliquer de manière générale à d'autres mécanismes de réaction PKS, y compris ceux catalysés par des enzymes PKS itératives de type I et II. Notre structure cristalline révèle également une nouvelle cavité inattendue s'étendant dans le « plancher » de la cavité traditionnelle du site actif, fournissant la première explication structurale et mécanistique plausible d'une autre activité catalytique inhabituelle de THNS : son étape d'extension supplémentaire des polycétides, jusqu'alors inexplicable, lorsqu'elle est amorcée par un starter acyle long. Ce tunnel permet une expansion sélective du volume de cavité du site actif disponible par séquestration des queues de polycétide dérivées du starter aliphatique, et suggère en outre un autre mécanisme de protection distinct impliquant le maintien d'une conformation de polycétide linéaire.

Austin, MB, Bowman, ME, Ferrer, JL, Schröder, J., Noël, JP Un commutateur aldolique découvert dans les synthases de stilbène médie la spécificité de cyclisation des synthases de polycétides de type III. (2004) Chimie et biologie. 11(9):1179-94. DOI : 10.1016/j.chambiol.2004.05.024

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Richard, SB, Lillo, AM, Tetzlaff, CN, Bowman, ME, Noël, JP, Cane, DE L'analyse cinétique de la 2-C-méthyl-D-érythritol-4-phosphate cytidyltransférase d'Escherichia coli, de type sauvage et mutants, révèle les rôles des acides aminés du site actif. (2004) Biochimie. 43(38):12189-97. DOI : 10.1021/bi0487241

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Pott, MB, Hippauf, F., Saschenbrecker, S., Chen, F., Ross, J., Kiefer, I., Slusarenko, A., Noël, JP, Pichersky, E., Effmert, U., Piechulla, B. Caractérisation biochimique et structurale des benzénoïdes carboxyl méthyltransférases impliquées dans la production de parfums floraux chez Stephanotis floribunda et Nicotiana suaveolens. (2004) Physiologie végétale. 135(4):1946-55. DOI : 10.1104/pp.104.041806

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Les méthyltransférases benzénoïdes carboxyles spécifiques des fleurs de Stephanotis floribunda et Nicotiana suaveolens ont été caractérisées biochimiquement et structurellement. Les parfums floraux de ces deux espèces contiennent des niveaux plus élevés de benzoate de méthyle et des niveaux plus faibles de salicylate de méthyle. L'enzyme de S. floribunda a une valeur K(m) 12 fois plus faible pour l'acide salicylique (SA) que pour l'acide benzoïque (BA), et les résultats de la modélisation in silico du site actif de l'enzyme de S. floribunda, basée sur la structure cristalline de la méthyltransférase de l'acide salicylique (SAMT) de Clarkia breweri, sont cohérents avec cette observation fonctionnelle. L'enzyme a donc été nommée SAMT. La concentration interne de BA dans les fleurs de S. floribunda est trois ordres de grandeur supérieure à la concentration de SA, ce qui justifie l'observation selon laquelle ces fleurs synthétisent et émettent plus de benzoate de méthyle que de salicylate de méthyle. L'enzyme de N. suaveolens présente des valeurs de K(m) similaires pour BA et SA, et les résultats de la modélisation in silico concordent à nouveau avec cette observation in vitro. Cette enzyme a donc été désignée BSMT. Cependant, la concentration interne de BA dans les pétales de N. suaveolens était également trois ordres de grandeur supérieure à la concentration de SA. La SAMT de S. floribunda et la BSMT de N. suaveolens sont toutes deux capables de méthyler une gamme d'autres composés apparentés aux benzénoïdes et, dans le cas de la SAMT de S. floribunda, également plusieurs dérivés de l'acide cinnamique, une observation cohérente avec la plus grande cavité du site actif de chacune de ces deux enzymes par rapport à la SAMT de C. breweri, comme le montrent les modèles. Une large spécificité du substrat peut indiquer une évolution récente ou une adaptation à l'évolution de la disponibilité du substrat.

Hendricks, CL, Ross, JR, Pichersky, E., Noël, JP, Zhou, ZS Un dosage colorimétrique couplé à une enzyme pour les méthyltransférases dépendantes de la S-adénosylméthionine. (2004) Biochimie analytique. 326(1):100-5. DOI : 10.1016/j.ab.2003.11.014

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O'Maille, PE, Tsai, MD, Greenhagen, BT, Chappell, J., Noël, JP Synthèse de bibliothèques de gènes par ingénierie combinatoire des protéines basée sur la structure. (2004) Méth. Enzymol. 388:75-91. DOI: 10.1016/S0076-6879(04)88008-X

Chen, F., D'Auria, JC, Tholl, D., Ross, JR, Gershenzon, J., Noël, JP, Pichersky, E. Un gène d'Arabidopsis thaliana pour la biosynthèse du méthylsalicylate, identifié par une approche de génomique biochimique, a un rôle dans la défense. (2003) Journal des plantes. 36 (5): 577-88.

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Zubieta, C., Ross, JR, Koscheski, P., Yang, Y., Pichersky, E., Noël, JP Base structurelle de la reconnaissance du substrat dans la famille des carboxyméthyltransférases d'acide salicylique. (2003) Cellule de plante. 15 (8): 1704-16.

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Récemment, une nouvelle famille de méthyltransférases a été identifiée chez les plantes. Certains membres de cette famille de méthyltransférases, récemment découverte et caractérisée, catalysent la formation d'esters méthyliques à petites molécules en utilisant la S-adénosyl-L-Met (SAM) comme donneur de méthyle et des substrats contenant de l'acide carboxylique comme accepteurs de méthyle. Ces enzymes comprennent la SAMT (SAM : carboxylméthyltransférase de l'acide salicylique), la BAMT (SAM : carboxylméthyltransférase de l'acide benzoïque) et la JMT (SAM : carboxylméthyltransférase de l'acide jasmonique). De plus, d'autres membres de cette famille de méthyltransférases végétales catalysent la N-méthylation des précurseurs de la caféine. La structure cristalline 3.0-A de la SAMT de Clarkia breweri en complexe avec le substrat acide salicylique et le produit déméthylé S-adénosyl-L-homocystéine révèle une structure protéique possédant un domaine de coiffage du site actif hélicoïdal et une interface de dimérisation unique. De plus, les déterminants chimiques responsables de la sélection de l'acide salicylique démontrent la base structurale des variations aisées de la sélectivité du substrat entre les méthyltransférases végétales fonctionnellement caractérisées, dirigées vers les carboxyles et les méthyltransférases dirigées vers l'azote, et un nombre croissant de protéines apparentées qui n'ont pas encore été étudiées biochimiquement. En utilisant la structure tridimensionnelle de la SAMT comme guide, nous avons examiné la spécificité du substrat de la SAMT par mutagenèse dirigée et tests d'activité contre 12 petites molécules contenant des carboxyles. De plus, l'utilité des informations structurelles pour la caractérisation fonctionnelle de cette grande famille de méthyltransférases végétales a été démontrée par la découverte d'une méthyltransférase d'Arabidopsis spécifique de l'acide indole-3-acétique, une phytohormone porteuse de carboxyle.

Izumikawa, M., Shipley, PR, Hopke, JN, O'Hare, T., Xiang, L., Noël, JP, Moore, BS Expression et caractérisation de la polycétide synthase de type III 1,3,6,8-tétrahydroxynaphtalène synthase de Streptomyces coelicolor A3(2). (2003) Journal de microbiologie industrielle et de biotechnologie. 30(8):510-5. DOI: 10.1007/s10295-003-0075-8

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Sonnenburg, ED, Bilwes, A., Hunter, T., Noël, JP La structure du domaine de phosphatase distale membranaire de RPTPalpha révèle une flexibilité interdomaine et une région d'interaction avec le domaine SH2. (2003) Biochimie. 42(26):7904-14. DOI : 10.1021/bi0340503

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Downes, M., Verdecia, MA, Roecker, AJ, Hughes, R., Hogenesch, JB, Kast-Woelbern, HR, Bowman, ME, Ferrer, JL, Anisfeld, AM, Edwards, PA, Rosenfeld, JM, Alvarez, JG, Noël, JP, Nicolaou, KC, Evans, RM Une analyse chimique, génétique et structurelle du récepteur nucléaire des acides biliaires FXR. (2003) Cellule moléculaire. 11 (4): 1079-92.

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Austin, Manitoba, Noël, JP La superfamille des synthases de polycétides de type III des chalcones synthases. (2003) Rapports sur les produits naturels. 20 (1): 79-110.

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Verdecia, MA, Joazeiro, CA, Wells, NJ, Ferrer, JL, Bowman, ME, Hunter, T., Noël, JP La flexibilité conformationnelle sous-tend la ligature de l'ubiquitine médiée par la ligase E1 du domaine HECT WWP3. (2003) Cellule moléculaire. 11 (1): 249-59.

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Moore, BS, Hertweck, C., Hopke, JN, Izumikawa, M., Kalaitzis, JA, Nilsen, G., O'Hare, T., Piel, J., Shipley, PR, Xiang, L., Austin, MB, Noël, JP Voies de biosynthèse végétales chez les bactéries : de l'acide benzoïque à la chalcone. (2002) Journal des produits naturels. 65(12):1956-62. DOI : 10.1021/np020230m

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Bien que les phénylpropanoïdes et les flavonoïdes soient des produits naturels végétaux courants, ces classes majeures de métabolites secondaires biologiquement actifs sont largement absentes des bactéries. Les enzymes végétales omniprésentes phénylalanine ammoniac-lyase (PAL) et chalcone synthase (CHS) sont des catalyseurs biosynthétiques clés dans l'assemblage des phénylpropanoïdes et des flavonoïdes, respectivement. Jusqu'à récemment, peu d'équivalents bactériens étaient connus, reflétant ainsi la rareté de ces produits naturels végétaux chez les bactéries. Cette revue met en lumière nos progrès dans la caractérisation biochimique et génétique des voies de biosynthèse streptomycètes récemment identifiées en produits dérivés de l'acide benzoïque et de la polycétide synthase (PKS) de type III. La bactérie « Streptomyces maritimus », issue de sédiments, produit du benzoyl-CoA de manière végétale à partir de la phénylalanine, impliquant une réaction médiée par la PAL via l'acide cinnamique lors de la biosynthèse de l'antibiotique polycétide entérocine. Tous les gènes codant pour la biosynthèse du benzoyl-CoA chez « S. maritimus » sauf un ont été clonés, séquencés et inactivés, fournissant un modèle pour la biosynthèse du benzoate non seulement chez cette bactérie, mais aussi chez les plantes où l'acide benzoïque est un constituant important de nombreux produits. La découverte récente que les bactéries hébergent des PKS homodimériques appartenant à la superfamille des enzymes de condensation CHS des plantes a renforcé les liens entre les capacités biosynthétiques des plantes et des bactéries. Une approche bioinformatique a permis de prédire que l'actinomycète modèle Streptomyces coelicolor A3(2) contient jusqu'à trois PKS de type III. L'analyse biochimique de l'une des PKS recombinantes de type III de S. coelicolor a démontré une activité en tant que 1,3,6,8-tétrahydroxynaphtalène synthase (THNS). Un modèle d'homologie de THNS basé sur la structure tridimensionnelle connue de CHS a été construit afin d'explorer les détails structuraux et mécanistiques de cette nouvelle sous-classe de PKS bactériennes.

Beachy, R., Bennetzen, JL, Chassy, BM, Chrispeels, M., Chory, J., Ecker, JR, Noël, JP, Kay, SA, Dean, C., Lamb, C., Jones, J., Santerre, CR, Schroeder, JI, Umen, J., Yanofsky, M., Wessler, S., Zhao, Y., Parrott, W. Perspectives divergentes sur les aliments génétiquement modifiés. (2002) Biotechnologie de la nature. 20(12):1195-6; réponse de l'auteur 1197. DOI : 10.1038/nbt1202-1195

Zubieta, C., Kota, P., Ferrer, JL, Dixon, RA, Noël, JP Base structurelle de la modulation de la méthylation du monomère de lignine par l'acide caféique/acide 5-hydroxyférulique 3/5-O-méthyltransférase. (2002) Cellule de plante. 14 (6): 1265-77.

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Jez, JM, Bowman, ME, Noël, JP Élargissement du répertoire biosynthétique des synthases de polycétides de type III des plantes en modifiant la spécificité des molécules de départ. (2002) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 99(8):5319-24. DOI : 10.1073/pnas.082590499

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Jez, JM, Bowman, ME, Noël, JP Rôle des liaisons hydrogène dans le mécanisme réactionnel de la chalcone isomérase. (2002) Biochimie. 41 (16): 5168-76.

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Dans la biosynthèse des flavonoïdes, des isoflavonoïdes et des anthocyanes, la chalcone isomérase (CHI) catalyse la cyclisation intramoléculaire des chalcones en (S)-flavanones avec une constante de vitesse du second ordre proche de la limite contrôlée par diffusion. Les structures tridimensionnelles de la CHI de luzerne complexée avec différentes flavanones indiquent que deux ensembles de liaisons hydrogène pourraient jouer un rôle crucial dans la catalyse. Le premier ensemble d'interactions comprend deux acides aminés conservés (Thr48 et Tyr106) qui assurent la liaison hydrogène avec deux molécules d'eau du site actif. Le second ensemble de liaisons hydrogène se produit entre le groupe 7-hydroxyle de la flavanone et deux résidus du site actif (Asn113 et Thr190). La comparaison des paramètres cinétiques à l'état stationnaire des CHI sauvages et mutantes démontre qu'une cyclisation efficace de diverses chalcones en leurs flavanones respectives nécessite les deux ensembles de contacts. Français Par exemple, les mutants T48A, T48S, Y106F, N113A et T190A présentent des réductions de 1550, 3, 30, 7 et 6 fois de k(cat) et des changements de 2 à 3 fois de K(m) avec la 4,2',4'-trihydroxychalcone comme substrat. Les comparaisons cinétiques de la dépendance au pH des réactions catalysées par les enzymes de type sauvage et mutantes indiquent que les liaisons hydrogène du site actif apportées par ces quatre résidus ne modifient pas significativement le pK(a) de la réaction de cyclisation intramoléculaire. Les déterminations des effets des isotopes cinétiques du solvant et de la viscosité du solvant pour les enzymes de type sauvage et mutantes révèlent un changement d'une réaction contrôlée par la diffusion à une réaction limitée par la chimie chez les mutants T48A et Y106F. Les structures cristallines aux rayons X des mutants T48A et Y106F corroborent l'hypothèse selon laquelle les effets cinétiques observés résultent de la perte de liaisons hydrogène clés au site actif du CHI. Nos résultats concordent avec un mécanisme réactionnel du CHI dans lequel Thr48 polarise la cétone du substrat et Tyr106 stabilise une molécule d'eau catalytique clé. Les liaisons hydrogène apportées par Asn113 et Thr190 assurent une stabilisation supplémentaire dans l'état de transition. La conservation de ces résidus dans les CHI d'autres espèces végétales suggère un mécanisme réactionnel commun pour la formation de flavanones catalysée par des enzymes chez toutes les plantes.

Richard, SB, Ferrer, JL, Bowman, ME, Lillo, AM, Tetzlaff, CN, Cane, DE, Noël, JP Structure et mécanisme d'action de la 2-C-méthyl-D-érythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase. Une enzyme de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes indépendante du mévalonate. (2002) Journal de chimie biologique. 277(10):8667-72. DOI : 10.1074/jbc.C100739200

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Gang, DR, Lavid, N., Zubieta, C., Chen, F., Beuerle, T., Lewinsohn, E., Noël, JP, Pichersky, E. Caractérisation des phénylpropène O-méthyltransférases du basilic doux : changement facile de spécificité du substrat et évolution convergente au sein d'une famille d'O-méthyltransférases végétales. (2002) Cellule de plante. 14 (2): 505-19.

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Jez, JM, Noël, JP Mécanisme de réaction de la chalcone isomérase. Dépendance au pH, contrôle de la diffusion et différences de liaison du produit. (2002) Journal de chimie biologique. 277(2):1361-9. DOI : 10.1074/jbc.M109224200

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La chalcone isomérase (CHI) catalyse la cyclisation intramoléculaire des chalcones bicycliques en (S)-flavanones tricycliques. L'activité de la CHI est essentielle à la biosynthèse des flavanones, précurseurs des pigments floraux et des composés phénylpropanoïdes de défense des plantes. Nous avons examiné les réactions de cyclisation spontanées et catalysées par la CHI de la 4,2',4',6'-tétrahydroxychalcone, de la 4,2',4'-trihydroxychalcone, de la 2',4'-dihydroxychalcone et de la 4,2'-dihydroxychalcone en flavanones correspondantes. La dépendance de la formation des flavanones au pH indique que les réactions non enzymatiques et enzymatiques nécessitent d'abord l'ionisation en phase solide du groupe 2'-hydroxyle du substrat, puis la réactivité du 2'-oxyanion nouvellement formé lors de la formation du cycle C. Français Les expériences de viscosité du solvant démontrent qu'à pH 7.5, les réactions de cyclisation catalysées par CHI de la 4,2',4',6'-tétrahydroxychalcone, de la 4,2',4'-trihydroxychalcone et de la 2',4'-dihydroxychalcone sont contrôlées par diffusion à environ 90 %, tandis que la cyclisation de la 4,2'-dihydroxychalcone est limitée par une étape chimique qui reflète probablement le pK(a) plus élevé du groupe 2'-hydroxyle. À pH 6.0, les réactions avec la 4,2',4',6'-tétrahydroxychalcone et la 4,2',4'-trihydroxychalcone sont limitées par diffusion à environ 50 %, tandis que les réactions des deux dihydroxychalcones sont limitées par des étapes chimiques. La comparaison des structures cristallines de résolution 2.1-2.3 A du CHI complexé avec les produits 7,4'-dihydroxyflavanone, 7-hydroxyflavanone et 4'-hydroxyflavanone montre que les 7-hydroxyflavanones partagent toutes un mode de liaison commun, tandis que la 4'-hydroxyflavanone se lie selon une orientation modifiée au site actif. Nos études fonctionnelles et structurales étayent l'hypothèse selon laquelle le CHI accélère la cyclisation intramoléculaire stéréochimiquement définie des chalcones en (2S)-flavanones biologiquement actives en se liant sélectivement à une chalcone ionisée dans une conformation propice à la fermeture du cycle lors d'une réaction contrôlée par diffusion.

Lu, PJ, Zhou, XZ, Liou, YC, Noël, JP, Lu, KP Rôle critique de la phosphorylation du domaine WW dans la régulation de l'activité de liaison de la phosphosérine et de la fonction Pin1. (2002) Journal de chimie biologique. 277(4):2381-4. DOI : 10.1074/jbc.C100228200

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Jez, JM, Ferrer, JL, Bowman, ME, Austin, MB, Schröder, J., Dixon, RA, Noël, JP Structure et mécanisme des polycétides synthases de type chalcone synthase. (2001) Journal de microbiologie industrielle et de biotechnologie. 27(6):393-8. DOI : 10.1038/sj/jim/7000188

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Jez, JM, Bowman, ME, Noël, JP Programmation guidée par la structure de la détermination de la longueur de la chaîne polycétide dans la chalcone synthase. (2001) Biochimie. 40 (49): 14829-38.

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La chalcone synthase (CHS) appartient à la famille des polycétides synthases (PKS) de type III qui catalysent la formation de polycétides structurellement diversifiés. La CHS synthétise un tétracétide par condensation séquentielle de trois anions acétyles issus de la décarboxylation du malonyl-CoA en une fraction p-coumaroyl fixée à une cystéine du site actif. Gly256 réside à la surface du site actif de la CHS, en contact direct avec la chaîne polycétide dérivée du malonyl-CoA. Ainsi, la position 256 constitue une cible idéale pour sonder le lien entre le volume de la cavité et la détermination de la longueur de la chaîne polycétide dans les PKS de type III. L'examen fonctionnel des mutants G256A, G256V, G256L et G256F de la CHS révèle des profils de produits différents de ceux de la CHS sauvage. Avec le p-coumaroyl-CoA comme molécule de départ, les mutants G256A et G256V produisent une quantité significativement plus importante de tétrakétide lactone. Des restrictions supplémentaires du volume de la cavité, comme celles observées chez les mutants G256L et G256F, entraînent une augmentation des taux de styrylpyrone bis-noryangonine à partir d'un intermédiaire trikétide. Les structures cristallographiques aux rayons X des mutants CHS G256A, G256V, G256L et G256F établissent que ces substitutions réduisent la taille de la cavité du site actif sans altération significative de la conformation des squelettes polypeptidiques. Le volume de la chaîne latérale en position 256 influence à la fois le nombre de réactions de condensation lors de l'extension de la chaîne polykétide et la conformation des intermédiaires trikétide et tétrakétide lors de la réaction de cyclisation. Ces résultats, considérés en conjonction avec la variation de séquence naturelle du résidu 256, suggèrent qu'une diversification rapide de la spécificité du produit sans perte concomitante d'activité catalytique substantielle dans les enzymes apparentées de type CHS peut se produire par une évolution spécifique du site du volume de la chaîne latérale en position 256.

Richard, SB, Bowman, ME, Kwiatkowski, W., Kang, I., Chow, C., Lillo, AM, Cane, DE, Noël, JP Structure de la 4-diphosphocytidyl-2-C-méthylérythritol synthétase impliquée dans la biosynthèse des isoprénoïdes indépendante du mévalonate. (2001) Biologie structurale de la nature. 8(7):641-8. DOI : 10.1038/89691

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Zubieta, C., He, XZ, Dixon, RA, Noël, JP Les structures de deux méthyltransférases de produits naturels révèlent la base de la spécificité du substrat dans les O-méthyltransférases végétales. (2001) Biologie structurale de la nature. 8(3):271-9. DOI : 10.1038/85029

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Jez, JM, Austin, MB, Ferrer, J., Bowman, ME, Schröder, J., Noël, JP Contrôle structurel de la formation de polycétides dans les synthases de polycétides spécifiques aux plantes. (2000) Chimie et biologie. 7 (12): 919-30.

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Jez, JM, Noël, JP Mécanisme de la chalcone synthase. pKa de la cystéine catalytique et rôle de l'histidine conservée dans une polycétide synthase végétale. (2000) Journal de chimie biologique. 275(50):39640-6. DOI : 10.1074/jbc.M008569200

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Jez, JM, Bowman, ME, Dixon, RA, Noël, JP Structure et mécanisme de l'enzyme végétale unique au niveau de l'évolution, la chalcone isomérase. (2000) Biologie structurale de la nature. 7(9):786-91. DOI : 10.1038/79025

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Verdecia, MA, Bowman, ME, Lu, KP, Hunter, T., Noël, JP Base structurelle de la reconnaissance de la phosphosérine-proline par les domaines WW du groupe IV. (2000) Biologie structurale de la nature. 7(8):639-43. DOI : 10.1038/77929

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Verdecia, MA, Huang, H., Dutil, E., Kaiser, DA, Hunter, T., Noël, JP La structure de la protéine anti-apoptotique humaine survivine révèle une disposition dimérique. (2000) Biologie structurale de la nature. 7(7):602-8. DOI : 10.1038/76838

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Jez, JM, Ferrer, JL, Bowman, ME, Dixon, RA, Noël, JP Dissection de la décarboxylation du malonyl-coenzyme A à partir de la formation de polycétides dans le mécanisme de réaction d'une synthase de polycétides végétale. (2000) Biochimie. 39 (5): 890-902.

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La chalcone synthase (CHS) catalyse la formation de la chalcone phénylpropanoïde à partir d'un p-coumaroyl-CoA et de trois thioesters de malonyl-coenzyme A (CoA). La structure tridimensionnelle de la CHS [Ferrer, J.-L., Jez, JM, Bowman, ME, Dixon, RA, et Noel, JP (1999) Nat. Struct. Biol. 6, 775-784] suggère que quatre résidus (Cys164, Phe215, His303 et Asn336) participent aux multiples réactions de décarboxylation et de condensation catalysées par cette enzyme. Nous caractérisons ici fonctionnellement 16 mutants ponctuels de ces résidus pour la production de chalcone, la décarboxylation du malonyl-CoA et la capacité à lier le CoA et l'acétyl-CoA. Nos résultats confirment le rôle de Cys164 comme nucléophile du site actif dans la formation des polycétides et élucident l'importance de His303 et Asn336 dans la réaction de décarboxylation du malonyl-CoA. Nous suggérons que Phe215 pourrait contribuer à l'orientation des substrats au site actif lors de l'élongation de l'intermédiaire polycétide. Afin de mieux comprendre les relations structure-fonction chez certains de ces mutants, nous avons également déterminé les structures cristallines des mutants CHS C164A, H303Q et N336A, affinées à des résolutions respectives de 1.69, 2.0 et 2.15 A. La structure du mutant C164A révèle que le trou d'oxyanion proposé formé par His303 et Asn336 reste inchangé, ce qui permet à ce mutant de catalyser la décarboxylation du malonyl-CoA sans formation de chalcone. Les structures des mutants H303Q et N336A confirment l'importance de His303 et Asn336 dans la polarisation du thioester carbonyle du malonyl-CoA lors de la réaction de décarboxylation. De plus, ces deux résidus pourraient également participer à la stabilisation de l'état de transition tétraédrique lors de l'élongation des polycétides. La conservation des fonctions catalytiques des résidus du site actif pourrait se produire dans une grande variété d'enzymes de condensation, notamment d'autres synthases de polycétides et d'acides gras.

Jiang, G., den Hertog, J., Su, J., Noël, J., Sap, J., Hunter, T. La dimérisation inhibe l'activité de la protéine tyrosine phosphatase alpha de type récepteur. (1999) Nature. 401(6753):606-10. DOI : 10.1038/44170

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Ferrer, JL, Jez, JM, Bowman, ME, Dixon, RA, Noël, JP Structure de la chalcone synthase et base moléculaire de la biosynthèse des polycétides végétaux. (1999) Biologie structurale de la nature. 6(8):775-84. DOI : 10.1038/11553

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Majeti, R., Bilwes, AM, Noël, JP, Hunter, T., Weiss, A. Inhibition induite par dimérisation de la fonction de la protéine réceptrice tyrosine phosphatase par un coin inhibiteur. (1998) Science. 279 (5347): 88-91.

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Starks, CM, Back, K., Chappell, J., Noël, JP Base structurelle de la biosynthèse des terpènes cycliques par la 5-épi-aristolochène synthase du tabac. (1997) Science. 277 (5333): 1815-20.

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Noël, JP Désactiver l'interrupteur Ras d'un simple mouvement du doigt. (1997) Biologie structurale de la nature. 4 (9): 677-80.

Ranganathan, R., Lu, KP, Hunter, T., Noël, JP L'analyse structurelle et fonctionnelle de la rotamase mitotique Pin1 suggère que la reconnaissance du substrat dépend de la phosphorylation. (1997) Téléphone 89 (6): 875-86.

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Bilwes, AM, den Hertog, J., Hunter, T., Noël, JP Base structurelle de l'inhibition du récepteur de la protéine tyrosine phosphatase alpha par dimérisation. (1996) Nature. 382(6591):555-9. DOI: 10.1038/382555a0

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Sondek, J., Lambright, DG, Noël, JP, Hamm, HE, Sigler, PB Mécanisme GTPase des protéines G de la structure cristalline 1.7-A de la transducine alpha-GDP-AIF-4. (1994) Nature. 372(6503):276-9. DOI: 10.1038/372276a0

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Lambright, DG, Noël, JP, Hamm, HE, Sigler, PB Déterminants structurels de l'activation de la sous-unité alpha d'une protéine G hétérotrimérique. (1994) Nature. 369(6482):621-8. DOI: 10.1038/369621a0

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Noël, JP, Hamm, HE, Sigler, PB La structure cristalline 2.2 A de la transducine-alpha complexée avec GTP gamma S. (1993) Nature. 366(6456):654-63. DOI: 10.1038/366654a0

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Dupureur, CM, Yu, BZ, Jain, MK, Noël, JP, Deng, T., Li, Y., Byeon, IJ, Tsai, MD Ingénierie de la phospholipase A2. Rôles structurels et fonctionnels des résidus de sites actifs hautement conservés tyrosine-52 et tyrosine-73. (1992) Biochimie. 31 (28): 6402-13.

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La mutagenèse dirigée a été utilisée pour sonder les rôles structurels et fonctionnels de deux résidus hautement conservés, Tyr-52 et Tyr-73, dans la catalyse interfaciale par la phospholipase pancréatique bovine A2 (PLA2, surproduite chez Escherichia coli). D'après les structures cristallines, les chaînes latérales de ces deux résidus du site actif forment des liaisons H avec le carboxylate du résidu catalytique Asp-99. Le remplacement de l'un ou des deux résidus Tyr par Phe n'a entraîné que de très faibles modifications des taux catalytiques, ce qui suggère que les liaisons hydrogène ne sont pas essentielles à la catalyse par PLA2. Français La substitution de l'un ou l'autre des résidus Tyr par des acides aminés non aromatiques a entraîné une diminution substantielle du kcat apparent envers les micelles de 1,2-dioctanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DC8PC) et du v(o) (nombre de renouvellement à la concentration maximale de substrat, c'est-à-dire fraction molaire = 1) envers les vésicules de 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphométhanol (DC14PM) dans la cinétique du mode de déplacement [Berg, OG, Yu, B.-Z., Rogers, J., & Jain, MK (1991) Biochemistry 30, 7283-7297]. Le mutant Y52V a été analysé plus en détail par la cinétique du mode de déplacement : l'équilibre E à E* a été examiné par fluorescence ; Français les constantes de dissociation de E*S, E*P et E*I (respectivement KS*, KP* et KI*) en présence de Ca2+ ont été mesurées par protection de la modification de l'histidine-48 et par spectroscopie UV différentielle ; la constante de Michaelis KM* a été calculée à partir des taux initiaux d'hydrolyse en l'absence et en présence d'inhibiteurs compétitifs ; et le nombre de renouvellements en conditions saturantes (kcat, qui est une valeur théorique puisque l'enzyme peut ne pas être saturée à l'interface) a été calculé à partir des valeurs de vo et KM*. Les résultats ont indiqué peu de perturbation dans l'étape de liaison interfaciale (E à E*) mais des augmentations d'environ 10 fois de KS*, KP*, KI* et KM* et une diminution de moins de 10 fois de kcat. De tels changements dans la fonction de Y52V ne sont pas dus à des changements conformationnels globaux puisque les propriétés RMN du proton de Y52V ressemblent étroitement à celles de la PLA2 de type sauvage ; Français au lieu de cela, il est probable qu'il soit causé par des interactions enzyme-substrat perturbées au niveau du site actif. Tyr-73 semble jouer un rôle structurel important. La stabilité conformationnelle de tous les mutants Tyr-73 a diminué de 4 à 5 kcal/mol par rapport à celle du PLA2 de type sauvage. Les propriétés RMN du proton de Y73A ont suggéré des changements conformationnels significatifs et une flexibilité conformationnelle considérablement accrue. Ces analyses structurelles et fonctionnelles détaillées représentent une avancée majeure dans l'étude structure-fonction d'une enzyme impliquée dans la catalyse interfaciale.

Noël, JP, Bingman, CA, Deng, TL, Dupureur, CM, Hamilton, KJ, Jiang, RT, Kwak, JG, Sekharudu, C., Sundaralingam, M., Tsai, MD Ingénierie de la phospholipase A2. Preuves structurales et fonctionnelles aux rayons X de l'interaction de la lysine-56 avec les substrats. (1991) Biochimie. 30 (51): 11801-11.

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Des études de mutagenèse dirigée de la phospholipase pancréatique bovine A2 (PLA2, surproduite chez Escherichia coli) ont montré que le remplacement du résidu de surface Lys-56 par un résidu d'acide aminé neutre ou hydrophobe entraînait une modification inattendue et significative de la fonction de l'enzyme. Le kcat des micelles de phosphatidylcholine augmente de 3 à 4 fois pour K56M, K56I et K56F et d'environ 2 fois pour K56N et K56T, mais ne change pas pour K56R. Ces résultats suggèrent que la chaîne latérale du résidu 56 a une influence significative sur l'activité de la PLA2. Afin de sonder la base structurelle de l'activité améliorée, les structures cristallines du PLA56 de type sauvage et du K2M ont été déterminées par cristallographie aux rayons X à une résolution de 1.8 A. Les résultats suggèrent que la mutation a non seulement perturbé la conformation de la chaîne latérale de Met-56 localement, mais a également provoqué des changements conformationnels dans la boucle voisine (résidus 60-70), entraînant la formation d'une poche hydrophobe par les résidus Met-56, Tyr-52 et Tyr-69. L'ancrage d'un analogue d'inhibiteur de la phosphatidylcholine au site actif de K56M, conformément à la structure du complexe PLA2-analogue d'inhibiteur de la phosphatidyléthanolamine du venin de cobra [White, SP, Scott, DL, Otwinowski, Z., Gleb, MH et Sigler, P. (1990) Science 250, 1560-1563], a montré que la fraction choline [N(CH3)3]+ s'intègre facilement dans la poche hydrophobe nouvellement formée, avec un degré élevé de complémentarité de surface. Ceci suggère une possible interaction entre le résidu 56 et le groupe de tête du phospholipide, expliquant les activités accrues observées lorsque la Lys-56 chargée positivement est substituée par des résidus apolaires, à savoir K56M, K56I et K56F. Un autre élément qui étaye cette interprétation est l'augmentation de 5 fois de kcat pour le mutant K56E avec une chaîne latérale chargée négativement, où il y aurait une interaction électrostatique attractive entre la chaîne latérale de Glu-56 et la fraction choline chargée positivement. Nos résultats réfutent également un rapport récent [Tomasselli, AG, Hui, J., Fisher, J., Zürcher-Neely, H., Reardon, IM, Oriaku, E., Kézdy, FJ, & Heinrikson, RL (1989) J. Biol. Chem. 264, 10041-10047] selon lequel l'acylation au niveau du substrat de Lys-56 est une étape obligatoire dans la catalyse par PLA2.

Deng, TL, Noël, JP, Tsai, MD Un nouveau vecteur d'expression pour la synthèse et la sécrétion de protéines étrangères à haut niveau dans Escherichia coli : surproduction de phospholipase pancréatique bovine A2. (1990) Gène. 93 (2): 229-34.

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Noël, JP, Tsai, MD Ingénierie de la phospholipase A2 : conception, synthèse et expression d'un gène pour la (pro)phospholipase A2 bovine. (1989) J. Cell. Biochem. 40(3):309-20. DOI : 10.1002/jcb.240400307

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Lin, G., Noël, J., Loffredo, W., Stable, HZ, Tsai, MD Utilisation de cyclopentanophosphatidylcholines à chaîne courte pour sonder le mode d'activation de la phospholipase A2 du pancréas bovin et du venin d'abeille. (1988) Journal de chimie biologique. 263 (26): 13208-14.

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Un grand mystère dans le mécanisme de la phospholipase A2 (PLA2) et de nombreuses autres enzymes lipolytiques réside dans l'« activation interfaciale » induite par les substrats micellaires, mais non monomériques. L'absence d'activation interfaciale dans la PLA2 du venin d'abeille, contrairement aux PLA2 du pancréas et d'autres sources, est tout aussi mystérieuse. Nous avons exploré ces problèmes en utilisant les analogues cyclopentano-à chaîne courte de la diacylphosphatidylcholine (Cp-DCnPC, isomère tout-trans) à conformation restreinte. Dans la réaction catalysée par la PLA2 pancréatique bovine, la Cp-DC8PC s'est comportée différemment de la DC8PC, ses monomères et micelles ayant montré des activités comparables (mais inférieures à celle de la DC8PC). Français Ce résultat suggère que l'activité de PLA2 peut être régulée par la conformation du substrat et soutient le « modèle de conformation du substrat » (Wells, MA (1974) Biochemistry 13, 2248-2257), mais soulève la question de savoir si Cp-DC8PC imite les monomères ou les micelles de DC8PC. L'analyse conformationnelle par RMN 1H a révélé que le Cp-DC8PC monomère était conformationnellement restreint près de la région carbonyle, une propriété caractéristique des micelles. Ainsi, le CP-DC8PC monomère peut être considéré comme un analogue conformationnel des micelles, mais la caractéristique structurelle importante réside dans la région CH2COO plutôt que dans le squelette glycérol. CP-DC8PC a ensuite été utilisé pour tester une proposition antérieure selon laquelle la PLA2 du venin d'abeille hydrolyse les monomères mais pas les micelles (ce qui prédirait une activité faible ou nulle pour Cp-DC8PC puisque sa conformation est semblable à celle des micelles, que ce soit en dessous ou au-dessus de sa concentration micellaire critique). Les résultats ont montré que le Cp-DC8PC est un substrat relativement efficace pour la PLA2 du venin d'abeille, comparativement à la PLA2 pancréatique. Ces résultats, ainsi que d'autres, suggèrent que la PLA2 du venin d'abeille est insensible à la conformation des substrats monomériques et micellaires et qu'elle hydrolyse à la fois les monomères et les micelles. Les résultats obtenus avec les deux PLA2 démontrent l'utilité des cyclopentanophospholipides pour étudier le mécanisme des phospholipases et le rôle de la conformation du substrat dans la catalyse de la PLA2.

Joseph Noël, PhD

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