Strukturmodelle von verzweigungsbildenden Glykosyltransferasen.
Obschon die chemische Vielfalt von pflanzlichen Stoffwechselprodukten immens ist, kann das Repertoire der Verbindungen durch verschiedene Modifikationen noch einmal erheblich erweitert werden. Eine der häufigsten Modifikationen ist die Glykosylierung - das Anfügen einer oder mehrerer Zuckereinheiten an einen Metaboliten. Die Glykosylierung von Pflanzenmetaboliten wird hauptsächlich durch Uridindiphosphat (UDP)-abhängige Glykosyltransferasen (UGTs) katalysiert. Neben diesen UGTs gibt es jedoch auch Zucker-Zucker bzw. verzweigungsbildende UGTs (SBGTs), die die Übertragung eines Zuckers vom UDP-Donor auf einen Akzeptor-Zucker eines zuvor glykosylierten Metaboliten bewerkstelligen. Über die Struktur-Funktions-Beziehungen dieser SBGTs ist nur sehr wenig bekannt.
Um neue Einblicke in die strukturellen Grundlagen der katalytischen Aktivität dieser Enzyme zu gewinnen, haben Wissenschaftler des IPB zusammen mit israelischen Kollegen nun die 3D-Strukturen von zwei pflanzlichen SBGT-Enzymen modelliert: einer Rhamnosyl-Transferase, die die Rhamnosylierung spezifischer Flavonoid-Glucoside katalysiert, und einer Glycosyltransferase, die (+)-Sesaminol 2-O-β-D-Glucosid glucosyliert. Basierend auf ihren Strukturmodellen und Docking-Experimenten fanden die Forscher einen Glutamat- und einen Tryptophan-Rest, welche mit dem Zucker-Akzeptor zu interagieren scheinen. Daraus schlussfolgerten sie, dass diese beiden Aminosäurereste möglicherweise für die Erkennung der Zuckereinheit des Akzeptor-Substrats wichtig sein könnten. Mit Substitutionsmutanten für die Glutamat- und Tryptophanreste der Rhamnosyl-Transferase konnte die vermutete Rolle dieser Reste für die Akzeptor-Substrat-Spezifität weiter untermauert werden. Eine phylogenetische Analyse der pflanzlichen UGT-Familie offenbarte dann in der Tat: der Glutamat-Rest ist ein Markenzeichen der SBGTs, der an der entsprechenden Stelle in den primären UGTs fehlt.
Da Modifikationen wie die Glykosylierung häufig die Löslichkeit, Toxizität und viele weitere wichtige Eigenschaften eines Metaboliten beeinflussen, können Erkenntnisse über diese Prozesse hilfreich sein, um nützliche bioaktive Verbindungen mit spezifischen Merkmalen auszustatten.
Originalpublikation:
Brandt W, Schulze E, Liberman-Aloni R, Bartelt R, Pienkny S, Carmeli-Weissberg M, Frydman A, Eyal Y (2021). Structural modeling of two plant UDP-dependent sugar-sugar glycosyltransferases reveals a conserved glutamic acid residue that is a hallmark for sugar acceptor recognition, Journal of Structural Biology, Volume 213, Issue 3, 107777, doi.org/10.1016/j.jsb.2021.107777
