トウモロコシ光合成NADP-MALIC酵素活性のレドックス変調に関与する残基の機能的特性評価

C（4）種トウモロコシ（Zea Mays）には、2つの非常に類似したプラスチンNADP-MALIC酵素（NADP-MES）が見られます。バンドルシースセル（BSC）でのみ発現し、C（4）光合成（ZMC（4）-NADP-ME）に関与するもの。そして、ハウスキーピングの役割を持つもう1つ（zmnonc（4）-nadp-me）。現在の研究では、これら2つのNADP-MEが酸化還元依存性の活性変調に関して分析されました。結果は、ZMC（4）-NADP-MEがレドックス状態によって変調された唯一のものであり、その酸化が触媒プロセスを制限する立体構造変化を生成することを明確に示しています。化学還元剤によるZMC（4）-NADP-ME酸化の逆転は、ジスルフィド結合を形成できるチオール基の存在を示唆しています。活性調節に関与するシステイン残基を特定するために、部位指向の突然変異誘発およびMALDI-TOF（マトリックス支援レーザー脱離イオン化時間の飛行）分析（4）-NADP-MEの分析を実施しました。得られた結果により、ZMC（4）-NADP-ME酸化還元変調に直接的または間接的に関与するCys192、Cys246（Zmnonc（4）-Nadp-Me）、Cys270およびCys410の識別が可能になりました。これらの残基は、ジスルフィドブリッジの形成または臨界残基の酸化の調節に関与する可能性があります。全体として、結果は、BSCで高レベルの発現と局在を獲得したことに加えて、ZMC（4）-NADP-MEが特定の酸化還元変調を表示し、C（4）光合成代謝を達成するために必要な場合があることを示しています。したがって、現在の研究は、進化中のC（4）経路の遺伝子の動員に潜在的に関与する調節メカニズムに関する新しい洞察を提供する可能性があります。

Two highly similar plastidic NADP-malic enzymes (NADP-MEs) are found in the C(4) species maize (Zea mays); one exclusively expressed in the bundle sheath cells (BSCs) and involved in C(4) photosynthesis (ZmC(4)-NADP-ME); and the other (ZmnonC(4)-NADP-ME) with housekeeping roles. In the present work, these two NADP-MEs were analyzed regarding their redox-dependent activity modulation. The results clearly show that ZmC(4)-NADP-ME is the only one modulated by redox status, and that its oxidation produces a conformational change limiting the catalytic process, although inducing higher affinity binding of the substrates. The reversal of ZmC(4)-NADP-ME oxidation by chemical reductants suggests the presence of thiol groups able to form disulfide bonds. In order to identify the cysteine residues involved in the activity modulation, site-directed mutagenesis and MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight) analysis of ZmC(4)-NADP-ME were performed. The results obtained allowed the identification of Cys192, Cys246 (not conserved in ZmnonC(4)-NADP-ME), Cys270 and Cys410 as directly or indirectly implicated in ZmC(4)-NADP-ME redox modulation. These residues may be involved in forming disulfide bridge(s) or in the modulation of the oxidation of critical residues. Overall, the results indicate that, besides having acquired a high level of expression and localization in BSCs, ZmC(4)-NADP-ME displays a particular redox modulation, which may be required to accomplish the C(4) photosynthetic metabolism. Therefore, the present work could provide new insights into the regulatory mechanisms potentially involved in the recruitment of genes for the C(4) pathway during evolution.