カルコンシンターゼの構造と植物ポリケチド生合成の分子基盤

カルコンシンターゼ（CHS）は、植物におけるフラボノイド抗菌性フィトアレキシンとアントシアニン色素の生合成に極めて重要です。1つのp-クマロイルと3つのマロニルコエンザイムAチオエステルを循環するポリケチド反応中間体に凝縮することにより、カルコンを生成します。CHS単独の結晶構造と基質と生成物の類似体で複合化されたものは、複数の脱炭酸と凝縮反応の配列と化学を定義する活性部位アーキテクチャを明らかにし、カルコン合成につながる環化反応の分子的理解を提供します。レスベラトロールで複合したCHSの構造は、関連する酵素であるスチルベンシンターゼが同じ基質と代替環化経路を使用してレスベラトロールを形成する方法を示唆しています。3次元構造とCHS様シーケンスの大規模なデータベースを使用することにより、新規の基質と製品の特異性を持つ可能性のあるタンパク質を特定できます。この構造は、ポリケチド生合成植物の化学的基礎を解明し、新製品を生産するためのCHS様酵素を工学するフレームワークを提供します。

Chalcone synthase (CHS) is pivotal for the biosynthesis of flavonoid antimicrobial phytoalexins and anthocyanin pigments in plants. It produces chalcone by condensing one p-coumaroyl- and three malonyl-coenzyme A thioesters into a polyketide reaction intermediate that cyclizes. The crystal structures of CHS alone and complexed with substrate and product analogs reveal the active site architecture that defines the sequence and chemistry of multiple decarboxylation and condensation reactions and provides a molecular understanding of the cyclization reaction leading to chalcone synthesis. The structure of CHS complexed with resveratrol also suggests how stilbene synthase, a related enzyme, uses the same substrates and an alternate cyclization pathway to form resveratrol. By using the three-dimensional structure and the large database of CHS-like sequences, we can identify proteins likely to possess novel substrate and product specificity. The structure elucidates the chemical basis of plant polyketide biosynthesis and provides a framework for engineering CHS-like enzymes to produce new products.