シロイヌナズナのグルコシノレート加水分解に関与するニトリル仕様タンパク質

グルコシノレートは、モデル植物シロイヌナズナなどのアブラナ科植物に存在する植物二次代謝産物です。無傷のグルコシノレートは生物学的に不活性であると考えられていますが、加水分解後の分解生成物は成長調節と防御に複数の役割を果たします。グルコシノレートの分解は、ミロシナーゼと呼ばれるチオグルコシダーゼによって触媒され、デフォルトではイソチオシアネートの形成を導きます。エピチオスペシファイヤータンパク質（ESP）とミロシナーゼと呼ばれるタンパク質との相互作用は、グルコシノレート構造に応じて、エプチチオニトリルまたはニトリルの産生に対する反応を迂回させます。ここでは、A。thalianaのニトリル仕様タンパク質（ATNSP）の新しいグループの同定を報告し、ミロシナーゼと併せてニトリルを生成し、1人のメンバー（ATNSP2）のより詳細な特性評価を報告します。大腸菌で発現した組換えATNSP2を使用して、ガスクロマトグラフィーマス分光測定アプローチを使用して、グルコシノレート加水分解の結果への影響をテストしました。ATNSPタンパク質は、A。thalianaesp。ATESPおよびATNSPタンパク質は、イソチオシアネートからニトリルまで2-プロペニルグルコシノレートのミロシナーゼ触媒分解を切り替えることができますが、ATESPのみが対応するエピチオニトリルを生成します。芳香族のベンジルグルコシノレートを使用して、組換えATNSP2はニトリルに製品形成を誘導することもできます。トランスジェニックA. Thaliana植物のグルコシノレート加水分解プロファイルの分析ATNSP2を過剰発現すると、Plantaにおけるニトリル種子の活性が確認されます。シリコ発現解析では、これらのタンパク質の生物学的役割をサポートするATNSPの特徴的な発現パターンが明らかになります。結論として、ATNSPは、ミロシナーゼ触媒のグルコシノレート加水分解からのATESPの転用製品形成に構造的に関連するA. thalianaタンパク質の新しいファミリーに属するATNSPSを示し、それにより、グルコシノレート分解の生物学的結果に影響を与える可能性が高いことを示しています。ATNSPおよび関連するタンパク質の類似性と特性、および生物学的意味について説明します。

Glucosinolates are plant secondary metabolites present in Brassicaceae plants such as the model plant Arabidopsis thaliana. Intact glucosinolates are believed to be biologically inactive, whereas degradation products after hydrolysis have multiple roles in growth regulation and defense. The degradation of glucosinolates is catalyzed by thioglucosidases called myrosinases and leads by default to the formation of isothiocyanates. The interaction of a protein called epithiospecifier protein (ESP) with myrosinase diverts the reaction toward the production of epithionitriles or nitriles depending on the glucosinolate structure. Here we report the identification of a new group of nitrile-specifier proteins (AtNSPs) in A. thaliana able to generate nitriles in conjunction with myrosinase and a more detailed characterization of one member (AtNSP2). Recombinant AtNSP2 expressed in Escherichia coli was used to test its impact on the outcome of glucosinolate hydrolysis using a gas chromatography-mass spectrometry approach. AtNSP proteins share 30-45% sequence homology with A. thaliana ESP. Although AtESP and AtNSP proteins can switch myrosinase-catalyzed degradation of 2-propenylglucosinolate from isothiocyanate to nitrile, only AtESP generates the corresponding epithionitrile. Using the aromatic benzylglucosinolate, recombinant AtNSP2 is also able to direct product formation to the nitrile. Analysis of glucosinolate hydrolysis profiles of transgenic A. thaliana plants overexpressing AtNSP2 confirms its nitrile-specifier activity in planta. In silico expression analysis reveals distinctive expression patterns of AtNSPs, which supports a biological role for these proteins. In conclusion, we show that AtNSPs belonging to a new family of A. thaliana proteins structurally related to AtESP divert product formation from myrosinase-catalyzed glucosinolate hydrolysis and, thereby, likely affect the biological consequences of glucosinolate degradation. We discuss similarities and properties of AtNSPs and related proteins and the biological implications.