Blog

Jun 20, 2023

Le basi conformazionali proteiche della biosintesi degli isoflavoni

Communications Biology volume 5, Numero articolo: 1249 (2022) Cita questo articolo 1022 Accessi 1 Citazioni 1 Dettagli metriche altmetriche Gli isoflavonoidi svolgono ruoli importanti nella difesa delle piante e anche

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1249 (2022) Citare questo articolo

1022 accessi

1 Citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Gli isoflavonoidi svolgono un ruolo importante nella difesa delle piante e mostrano anche una serie di attività di promozione della salute dei mammiferi. La loro biosintesi è avviata da due enzimi con attività catalitiche insolite; 2-idrossiisoflavanone sintasi (2-HIS), un citocromo P450 legato alla membrana che catalizza la migrazione e l'idrossilazione accoppiata dell'anello arilico, e 2-idrossiisoflavanone deidratasi (2-HID), un membro di una grande famiglia di carbossilesterasi che paradossalmente catalizza la disidratazione di 2 -idrossiisoflavanoni a isoflavone. Qui riportiamo le strutture cristalline di 2-HIS da Medicago truncatula e 2-HID da Pueraria lobata. La struttura 2-HIS rivela una conformazione unica del citocromo P450 e una modalità di legame dell'eme e del substrato che facilitano la migrazione accoppiata dell'anello arilico e le reazioni di idrossilazione. La struttura 2-HID rivela l'architettura del sito attivo e i presunti residui catalitici per le doppie attività deidratasi e carbossilesterasi. Gli studi sulla mutagenesi hanno rivelato residui chiave coinvolti nel legame e nella specificità del substrato. Comprendere le basi strutturali della biosintesi degli isoflavoni faciliterà la progettazione di nuovi isoflavonoidi bioattivi.

Gli isoflavonoidi si trovano principalmente nei legumi e svolgono un ruolo importante nella difesa delle piante. Hanno anche varie attività estrogeniche, antiangiogeniche, antiossidanti e antitumorali, che hanno portato alla loro popolarità come integratori alimentari1,2,3,4. L'isoflavone genisteina può inibire la crescita delle cellule tumorali attraverso la modulazione di geni correlati al controllo del ciclo cellulare, dell'apoptosi e delle vie di segnalazione cellulare5,6. Gli isoflavonoidi vengono sintetizzati attraverso la via centrale del fenilpropanoide e la via specifica del ramo degli isoflavonoidi. La 2-idrossiisoflavanone sintasi (2-HIS) catalizza la reazione del punto di ingresso nella biosintesi degli isoflavonoidi per convertire il flavanone in (2R, 3S)-2-idrossiisoflavanone1,7. La 2-idrossiisoflavanone deidratasi (2-HID) catalizza quindi la disidratazione dei 2-idrossiisoflavanoni per produrre i primi prodotti isoflavonici, daidzeina o genistein8 (Fig. 1). I geni 2-HIS sono stati caratterizzati da piante leguminose tra cui la liquirizia (Glycyrrhiza echinata)9, la soia (Glycine max)10 e il legume modello Medicago truncatula11. Il 2-HID è stato identificato e caratterizzato nella soia8, nella liquirizia (Glycyrrhiza echinate)8, nel kudzu (Pueraria lobata)12 e nel Lotus japonicus13.

2-HIS catalizza l'idrossilazione e la migrazione dell'anello arilico dei flavanoni (ad esempio, liquiritigenina e naringenina) per convertirli in 2-idrossiisoflavanoni, e 2-HID poi catalizza la disidratazione dei 2-idrossiisoflavanoni per produrre i prodotti finali di isoflavoni, ad esempio, daidzeina o genisteina .

2-HIS è un enzima del citocromo P450 associato alla membrana appartenente alla sottofamiglia CYP93C. Catalizza una reazione unica che coinvolge sia la migrazione dell'anello arilico dell'anello B aromatico dalla posizione C2 a C3 sia una reazione di idrossilazione accoppiata che aggiunge un atomo di ossigeno in posizione C29. Il 2-HID è classificato in un'ampia famiglia di carbossilesterasi, ma potrebbe non funzionare per l'idrolisi degli esteri in vivo, sebbene sia stata dimostrata in vitro una debole attività carbossilesterasica per il 2-HID di soia con p-nitrofenil butirrato8. Il 2-HID funziona in vivo come deidratasi per la disidratazione dei 2-idrossiisoflavoni. Le basi molecolari per le funzioni di migrazione dell'anello arilico e di idrossilazione del 2-HIS e le funzioni di idrolisi e disidratazione del 2-HID non sono comprese, così come i loro meccanismi catalitici e le specificità del substrato.

Nelle piante è presente un numero molto elevato di P450, molti dei quali sono coinvolti nella biosintesi di prodotti naturali14,15 e catalizzano l'ossidazione di diversi substrati nel metabolismo primario e secondario16. Attualmente, sono disponibili solo poche strutture cristalline per questa classe molto ampia e importante di enzimi vegetali, tra cui due P450 allene ossido sintasi di classe III che metabolizzano il perossido17,18 e diversi P450 vegetali con sola attività di idrossilazione, ad esempio la cinnamato 4-idrossilasi ( CYP73A33) da Sorghum bicolor19, CYP76AH1 da Salvia miltiorrhiza20 e CYP90B1, CYP97A3 e CYP97C1 da Arabidopsis thaliana21,22. I meccanismi delle reazioni più complesse mediate dalla pianta P450 come la migrazione dell'anello arilico non sono ancora compresi.