ユーバクテリウム弾道からのNADH依存性レダクターゼは、フラバノンとフラバノノールの立体特異的ヘテロリング切断を触媒します

ヒト腸の嫌気性Eubacterium ramulusは、さまざまな食事フラボノイドを分解する能力で知られています。本研究では、以前はEnoateレダクターゼと呼ばれる酸素感受性NADH依存性還元酵素によるフラバノンとフラバノノールの不循環性Cリングの切断を示しています。大腸菌での異種発現に続いて精製され、さらに特徴付けられました。FCRは、フラバノンナリンゲニン、エリオディクティヨール、リキリチゲニン、およびホモリオディクティヨールを切断しました。さらに、フラバノノールタキシフォリンとジヒドロカエンプロールは基質として機能しました。触媒反応は、フラバノン基質の（2R）エナンチオマーと（2S、3S）構成されたフラバノノールの（2R）エナンチオマーの立体特異的でした。非融合立体異性体のエナンチオエンリヒメントにより、これまで未知のフラバノンのラセミ化率の決定が可能になりました。FCRは、環状エーテル結合の異常な還元的切断の過程で、対応するジヒドロカルコンとヒドロキシジヒドロカルコンを形成しました。FCRは、フラボン、フラボノール、カルコーンを含む他のフラボノイドサブクラスのメンバーを変換しませんでした。後者は、反応がカルコン中間体を伴わないことを示しています。このビューは、FCRの観測されたエナンチオ特異性によって強くサポートされています。細菌性エノートレダクターゼの典型的な基質であるシンナム酸も、FCRによって減少しませんでした。ジヌクレオチド補因子の結合モチーフとFCRのアミノ酸配列の4FE-4Sクラスターの結合モチーフの存在に基づいて、それぞれの基質の補因子媒介水素化水素移動が提案されています。食事性フラボノイドの代謝では、それにより、人間の宿主による摂取後の活性化または不活性化に寄与します。したがって、腸内の細菌活性は、これらのポリフェノール植物化合物の有益な健康への影響に影響を与える可能性があります。フラボノイド変換する腸内細菌種の増加が特定されていますが、責任ある酵素の知識は依然として限られています。ここでは、FCRを、一般的なヒト腸菌であるユーバクテリウムラムルスによるいくつかのサブクラスのフラボノイドの変換に関与する重要な酵素として特徴づけました。この酵素の配列類似性データベース内の他のフラボノイド分解腸細菌からの仮想タンパク質は、この酵素のより広範な発生を示唆しています。ヒト腸微生物叢の遺伝子産物の機能的特性評価により、メタゲノム配列の特定の細菌、さらに重要なことには、腸内微生物機能の標的調節の前提条件である特定の活動に割り当てることができます。

The human intestinal anaerobe Eubacterium ramulus is known for its ability to degrade various dietary flavonoids. In the present study, we demonstrate the cleavage of the heterocyclic C-ring of flavanones and flavanonols by an oxygen-sensitive NADH-dependent reductase, previously described as enoate reductase, from E. ramulus This flavanone- and flavanonol-cleaving reductase (Fcr) was purified following its heterologous expression in Escherichia coli and further characterized. Fcr cleaved the flavanones naringenin, eriodictyol, liquiritigenin, and homoeriodictyol. Moreover, the flavanonols taxifolin and dihydrokaempferol served as substrates. The catalyzed reactions were stereospecific for the (2R)-enantiomers of the flavanone substrates and for the (2S,3S)-configured flavanonols. The enantioenrichment of the nonconverted stereoisomers allowed for the determination of hitherto unknown flavanone racemization rates. Fcr formed the corresponding dihydrochalcones and hydroxydihydrochalcones in the course of an unusual reductive cleavage of cyclic ether bonds. Fcr did not convert members of other flavonoid subclasses, including flavones, flavonols, and chalcones, the latter indicating that the reaction does not involve a chalcone intermediate. This view is strongly supported by the observed enantiospecificity of Fcr. Cinnamic acids, which are typical substrates of bacterial enoate reductases, were also not reduced by Fcr. Based on the presence of binding motifs for dinucleotide cofactors and a 4Fe-4S cluster in the amino acid sequence of Fcr, a cofactor-mediated hydride transfer from NADH onto C-2 of the respective substrate is proposed.IMPORTANCE Gut bacteria play a crucial role in the metabolism of dietary flavonoids, thereby contributing to their activation or inactivation after ingestion by the human host. Thus, bacterial activities in the intestine may influence the beneficial health effects of these polyphenolic plant compounds. While an increasing number of flavonoid-converting gut bacterial species have been identified, knowledge of the responsible enzymes is still limited. Here, we characterized Fcr as a key enzyme involved in the conversion of flavonoids of several subclasses by Eubacterium ramulus, a prevalent human gut bacterium. Sequence similarity of this enzyme to hypothetical proteins from other flavonoid-degrading intestinal bacteria in databases suggests a more widespread occurrence of this enzyme. Functional characterization of gene products of human intestinal microbiota enables the assignment of metagenomic sequences to specific bacteria and, more importantly, to certain activities, which is a prerequisite for targeted modulation of gut microbial functionality.