О-Ацетилгомосеринсульфгидрилаза из Clostridioides difficile: роль остатков тирозина активного центра

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

О-ацетилгомосеринсульфгидрилаза является одним из ключевых ферментов в биосинтезе метионина в Clostridioides difficile. Механизм реакции γ-замещения О-ацетил-L-гомосерина, катализируемой этим ферментом, наименее изучен среди пиридоксаль-5′-фосфат-зависимых ферментов, участвующих в метаболизме цистеина и метионина. Для выяснения роли остатков активного центра Tyr52 и Tyr107 получены четыре мутантные формы фермента с заменами на фенилаланин и аланин. Исследованы каталитические и спектральные свойства мутантных форм. Скорость реакции γ-замещения, катализируемой мутантными формами с заменой остатка Tyr52, уменьшилась более чем на три порядка по сравнению с ферментом дикого типа. Мутантные формы Tyr107Phe и Tyr107Ala практически не катализировали данную реакцию. Замены остатков Tyr52 и Tyr107 привели к уменьшению сродства апофермента к кофактору на три порядка и изменениям ионного состояния внутреннего альдимина фермента. Полученные результаты позволили сделать предположение, что остаток Tyr52 участвует в обеспечении оптимального положения каталитического кофактор-связывающего остатка лизина на стадиях отрыва С-α-протона и элиминирования боковой группы субстрата. Остаток Tyr107 может выполнять роль общего кислотного катализатора на стадии элиминирования ацетата.

Об авторах

В. В Куликова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

С. В Ревтович

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

А. Д Лыфенко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

Е. А Морозова

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

В. С Коваль

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

Н. П Бажулина

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

Т. В Демидкина

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: vitviku@yandex.ru
119991 Москва, Россия

Список литературы

  1. Kulikova, V. V., Anufrieva, N. V., Kotlov, M. I., Morozova, E. A., Koval, V. S., Belyi, Y. F., Revtovich, S. V., and Demidkina, T. V. (2021) O-acetylhomoserine sulfhydrylase from Clostridium novyi. Cloning, expression of the gene and characterization of the enzyme, Protein Expr. Purif., 180, 105810, doi: 10.1016/j.pep.2020.105810.
  2. Kulikova, V. V., Revtovich, S. V., Bazhulina, N. P., Anufrieva, N. V., Kotlov, M. I., Koval, V. S., Morozova, E. A., Hayashi, H., Belyi, Y. F., and Demidkina, T. V. (2019) Identification of O-acetylhomoserine sulfhydrylase, a putative enzyme responsible for methionine biosynthesis in Clostridioides difficile: Gene cloning and biochemical characterizations, IUBMB Life, 71, 1815-1823, doi: 10.1002/iub.2139.
  3. Kerr, D. S. (1971) O-Acetylhomoserine sulfhydrylase from Neurospora. Purification and consideration of its function in homocysteine and methionine synthesis, J. Biol. Chem., 246, 95-102, doi: 10.1016/S0021-9258(18)62537-2.
  4. Yamagata, S. (1971) Homocysteine synthesis in yeast. Partial purification and properties of O-acetylhomoserine sulfhydrylase, J. Biochem., 70, 1035-1045, doi: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a129712.
  5. Murooka, Y., Kakihara, K., Miwa, T., Seto, K., and Harada, T. (1977) O-alkylhomoserine synthesis catalyzed by O-acetylhomoserine sulfhydrylase in microorganisms, J. Bacteriol., 130, 62-73, doi: 10.1128/jb.130.1.62-73.1977.
  6. Lee, H., and Hwang, B. (2003) Methionine biosynthesis and its regulation in Corynebacterium glutamicum: parallel pathways of transsulfuration and direct sulfhydrylation, Appl. Microbiol. Biotechnol., 62, 459-467, doi: 10.1007/s00253-003-1306-7.
  7. Foglino, M., Borne, F., Bally, M., Ball, G., and Patte, J. (1995) A direct sulfhydrylation pathway is used for methionine biosynthesis in Pseudomonas aeruginosa, Microbiology, 141, 431-439, doi: 10.1099/13500872-141-2-431.
  8. Belfaiza, J., Martel, A., Margarita, D., and Saint Girons, I. (1998) Direct sulfhydrylation for methionine biosynthesis in Leptospira meyeri, J. Bacteriol., 180, 250-255, doi: 10.1128/jb.180.2.250-255.
  9. Shimizu, H., Yamagata, S., Masui, R., Inoue, Y., Shibata, T., Yokoyama, S., Kuramitsu, S., and Iwama, T. (2001) Cloning and overexpression of the oah1 gene encoding O-acetyl-L-homoserine sulfhydrylase of Thermus thermophilus HB8 and characterization of the gene product, Biochim. Biophys. Acta, 1549, 61-72, doi: 10.1016/s0167-4838(01)00245-x.
  10. Krishnamoorthy, K., and Begley, T.P. (2011) Protein thiocarboxylate-dependent methionine biosynthesis in Wolinella succinogenes, J. Am. Chem. Soc., 133, 379-386, doi: 10.1021/ja107424t.
  11. Tran, T. H., Krishnamoorthy, K., Begley, T. P., and Ealick, S. E. (2011) A novel mechanism of sulfur transfer catalyzed by O-acetylhomoserine sulfhydrylase in the methionine-biosynthetic pathway of Wolinella succinogenes, Acta Cryst., D67, 831-838, doi: 10.1107/S0907444911028010.
  12. Brewster, J. L., Pachl, P., McKellar, J. L., Selmer, M., Squire, C. J., and Patrick, W. M. (2021) Structures and kinetics of Thermotoga maritima MetY reveal new insights into the predominant sulfurylation enzyme of bacterial methionine biosynthesis, J. Biol. Chem., 296, 100797, doi: 10.1016/j.jbc.2021.100797.
  13. Messerschmidt, A., Worbs, M., Steegborn, C., Wahl, M. C., Huber, R., Laber, B., and Clausen, T. (2003) Determinants of enzymatic specificity in the Cys-Met-metabolism PLP-dependent enzymes family: crystal structure of cystathionine γ-lyase from yeast and intrafamiliar structure comparison, Biol. Chem., 384, 373-386, doi: 10.1515/BC.2003.043.
  14. Inoue, H., Inagaki, K., Adachi, N., Tamura, T., Esaki, N., Soda, K., and Tanaka, H. (2000) Role of tyrosine 114 of L-methionine gamma-lyase from Pseudomonas putida, Biosci. Biotechnol. Biochem., 64, 2336-2343, doi: 10.1271/bbb.64.2336.
  15. Revtovich, S. V., Faleev, N. G., Morozova, E. A., Anufrieva, N. V., Nikulin, A. D., and Demidkina, T. V. (2014) Crystal structure of the external aldimine of Citrobacter freundii methionine γ-lyase with glycine provides insight in mechanisms of two stages of physiological reaction and isotope exchange of α- and β-protons of competitive inhibitors, Biochimie, 101, 161-167, doi: 10.1016/j.biochi.2014.01.007.
  16. Anufrieva, N. V., Faleev, N. G., Morozova, E. A., Bazhulina, N. P., Revtovich, S. V., Timofeev, V. P., Tkachev, Y. V., Nikulin, A. D., and Demidkina, T. V. (2015) The role of active site tyrosine 58 in Citrobacter freundii methionine γ-lyase, Biochim. Biophys. Acta, 1854, 1220-1228, doi: 10.1016/j.bbapap.2014.12.027.
  17. Bradford, M. M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem., 72, 248-254, doi: 10.1016/0003-2697(76)90527-3.
  18. Laemmli, U. K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4, Nature, 227, 680-685, doi: 10.1038/227680a0.
  19. Kredich, N. M., and Becker, M. A. (1971) Cysteine biosynthesis: serine transacetylase and O-acetylserine sulfhydrylase, Methods Enzymol., 17 B, 459-470, doi: 10.1016/0076-6879(71)17082-6.
  20. Peterson, E. A., and Sober, H. A. (1954) Preparation of crystalline phosphorylated derivatives of vitamin B6, J. Am. Chem. Soc., 76, 169-175, doi: 10.1021/ja01630a045.
  21. Bazhulina, N. P., Morozov, Y. V., Papisova, A. I., and Demidkina, T. V. (2000) Pyridoxal 5′-phoshate schiff base in Citrobacter freundii tyrosine phenol-lyase. Ionic and tautomeric equilibria, Eur. J. Biochem., 267, 1830-1836, doi: 10.1046/j.1432-1327.2000.01185.x.
  22. Scatchard, G. (1949) The attraction of proteins for small molecules and ions, Ann. NY Acad. Sci., 51, 660-672, doi: 10.1111/j.1749-6632.1949.tb27297.x.
  23. Käck, H., Sandmark, J., Gibson, K., Schneider, G., and Lindqvist, Y. (1999) Crystal structure of diaminopelargonic acid synthase: evolutionary relationships between pyridoxal-5′-phosphate-dependent enzymes, J. Mol. Biol., 291, 857-876, doi: 10.1006/jmbi.1999.2997.
  24. Brzović, P., Holbrook, E. L., Greene, R. C., and Dunn, M. F. (1990) Reaction mechanism of Escherichia coli cystathionine gamma-synthase: direct evidence for a pyridoxamine derivative of vinylglyoxylate as a key intermediate in pyridoxal phosphate dependent gamma-elimination and gamma-replacement reactions, Biochemistry, 29, 442-451, doi: 10.1021/bi00454a020.
  25. Steegborn, C., Laber, B., Messerschmidt, A., Huber, R., and Clausen, T. (2001) Crystal structures of cystathionine γ-synthase inhibitor complexes rationalize the increased affinity of a novel inhibitor, J. Mol. Biol., 311, 789-801, doi: 10.1006/jmbi.2001.4880.
  26. Fersht, A. R., Shi, J. P., Knill-Jones, J., Lowe, D. M., Wilkinson, A. J., Blow, D. M., Brick, P., Carter, P., Waye, M. M., and Winter, G. (1985) Hydrogen bonding and biological specificity analysed by protein engineering, Nature, 314, 235-238, doi: 10.1038/314235a0.
  27. Yano, T., Kuramitsu, S., Tanase, S., Morino, Y., and Kagamiyama, H. (1992) Role of Asp222 in the catalytic mechanism of Escherichia coli aspartate aminotransferase: the amino acid residue which enhances the function of the enzyme-bound coenzyme pyridoxal 5′-phosphate, Biochemistry, 31, 5878-5887, doi: 10.1021/bi00140a025.
  28. Demidkina, T. V., Faleev, N.G., Papisova, A. I., Bazhulina, N. P., Kulikova, V. V., Gollnick, P.D., and Phillips, R. S. (2006) Aspartic acid 214 in Citrobacter freundii tyrosine phenol-lyase ensures sufficient C-H-acidity of the external aldimine intermediate and proper orientation of the cofactor at the active site, Biochim. Biophys. Acta, 1764, 1268-1276, doi: 10.1016/j.bbapap.2006.05.001.
  29. Astegno, A., Allegrini, A., Piccoli, S., Giorgetti, A., and Dominici, P. (2015) Role of active-site residues Tyr55 and Tyr114 in catalysis and substrate specificity of Corynebacterium diphtheriae C-S lyase, Proteins, 83, 78-90, doi: 10.1002/prot.24707.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах