生物発光性のクテノフォアにおけるイソペニシリン-N-シンサゼホモログの発生とコレンテラジン生合成への影響

ルシフェリン・コレンテラジンの生合成は、何十年もの間謎のままでした。コレンテラジンを使用するすべての生物が自分でそれを作るように見えるわけではありませんが、ctenophoresは生産者である可能性が高いと考えられています。ここでは、24種のクテノフォアのトランスクリプトームデータを分析し、そのうち2つがゲノムを公開しています。コレンテラジンの天然前駆体は、アミノ酸L-チロシンとL-フェニルアラニンであることが示されており、環状化とトリププチドphe-tyr-tyr（「fyy "）のさらなる修飾を含む最も可能性の高い生合成経路があります。したがって、コーディングシーケンスの一部として短いペプチド「Fyy」を使用した遺伝子のCtenophoreトランスクリプトームデータを検索しました。イソペニシリン-N-シンナゼに類似した高度に保存された非ヘム鉄オキシダーゼのセットをコードする発光種のコレンテラジン生合成の候補遺伝子のグループを回収しました。これらの遺伝子は、2つの非発光種のトランスクリプトームとゲノムには存在しませんでした。ペアワイズのアイデンティティと代替率は、最も関係のない種の間でさえ、異常に高い程度のアイデンティティを明らかにしています。さらに、発光におけるこれら2つの遺伝子基の関与に反対する非発光患者を含むすべてのクテノフォアで、非ヘム鉄オキシダーゼの2つの関連グループが見つかりました。鉄結合の重要な残基は、3つのグループのすべてのタンパク質で保存されており、この機能がまだ存在していることを示唆しています。このタンパク質スーパーファミリーの他のメンバーの既知の機能がヘテロサイクル形成に関与していることを考えると、これらの遺伝子はコレンテラジン生合成の調査における実験室の特性評価または遺伝子ノックアウトのトップ候補であると考えています。

The biosynthesis of the luciferin coelenterazine has remained a mystery for decades. While not all organisms that use coelenterazine appear to make it themselves, it is thought that ctenophores are a likely producer. Here we analyze the transcriptome data of 24 species of ctenophores, two of which have published genomes. The natural precursors of coelenterazine have been shown to be the amino acids L-tyrosine and L-phenylalanine, with the most likely biosynthetic pathway involving cyclization and further modification of the tripeptide Phe-Tyr-Tyr ("FYY"). Therefore, we searched the ctenophore transcriptome data for genes with the short peptide "FYY" as part of their coding sequence. We recovered a group of candidate genes for coelenterazine biosynthesis in the luminous species which encode a set of highly conserved non-heme iron oxidases similar to isopenicillin-N-synthase. These genes were absent in the transcriptomes and genome of the two non-luminous species. Pairwise identities and substitution rates reveal an unusually high degree of identity even between the most unrelated species. Additionally, two related groups of non-heme iron oxidases were found across all ctenophores, including those which are non-luminous, arguing against the involvement of these two gene groups in luminescence. Important residues for iron-binding are conserved across all proteins in the three groups, suggesting this function is still present. Given the known functions of other members of this protein superfamily are involved in heterocycle formation, we consider these genes to be top candidates for laboratory characterization or gene knockouts in the investigation of coelenterazine biosynthesis.