フェノールアミド生合成に関与する2つのBAHDアシルトランスフェラーゼ（ATSHTおよびATSDT）への構造的および生化学的洞察

フェノラミドは、防衛の対応や開発を含む多様な生理学的プロセスにおける植物専門の二次代謝産物と機能の最大のクラスの1つです。フェノラミドの生合成には、異なるアシルドナーからアシルグループ、アシル群受容体にアシルグループを伝達するBAHD-familyアシルトランスフェラーゼが必要です。ただし、BAHDファミリーのアシルトランスフェラーゼの基質特異性とマルチサイトアシル化のメカニズムは依然としてよく理解されていません。この研究では、ATSHTとATSDTの構造的および生化学的分析を提供します。これは、スケルミジンのマルチサイトアシル化を触媒するが、さまざまな製品プロファイルを示す2人の代表的なBahd-Familyメンバーです。ATSHTとATSDTの構造を決定し、構造ベースの突然変異誘発を使用することにより、ATSHTおよびATSDTの基質認識に重要な残基を特定し、アシルアクセプタースパルミジンがATSHTでモノゴを採用する可能性があるという仮説を立てました。di-、またはtri-aylation;ATSDTのスペルミジン分子は、線形立体構造を採用する可能性がありますが、これはモノラシル化またはジアシル化のみを可能にします。さらに、シーケンス類似性ネットワーク（SSN）および構造モデリング分析を介して、2つの特徴的なシロイヌナズナのBAHDアシルトランスフェラーゼ、OAO95042.1およびNP_190301.2の機能を正常に予測および検証しました。私たちの研究は、Bahd-family酵素のマルチサイトアシル化を理解するための優れた出発点だけでなく、特徴付けられていないBahd-familyアシルトランスフェラーゼの可能性のあるアシルアクセプター特異性を予測するための実行可能な方法論も提供します。

Phenolamides represent one of the largest classes of plant-specialized secondary metabolites and function in diverse physiological processes, including defense responses and development. The biosynthesis of phenolamides requires the BAHD-family acyltransferases, which transfer acyl-groups from different acyl-donors specifically to amines, the acyl-group acceptors. However, the mechanisms of substrate specificity and multisite-acylation of the BAHD-family acyltransferases remain poorly understood. In this study, we provide a structural and biochemical analysis of AtSHT and AtSDT, two representative BAHD-family members that catalyze the multisite acylation of spermidine but show different product profiles. By determining the structures of AtSHT and AtSDT and using structure-based mutagenesis, we identified the residues important for substrate recognition in AtSHT and AtSDT and hypothesized that the acyl acceptor spermidine might adopt a free-rotating conformation in AtSHT, which can undergo mono-, di-, or tri-acylation; while the spermidine molecule in AtSDT might adopt a linear conformation, which only allows mono- or di-acylation to take place. In addition, through sequence similarity network (SSN) and structural modeling analysis, we successfully predicted and verified the functions of two uncharacterized Arabidopsis BAHD acyltransferases, OAO95042.1 and NP_190301.2, which use putrescine as the main acyl-acceptor. Our work provides not only an excellent starting point for understanding multisite acylation in BAHD-family enzymes, but also a feasible methodology for predicting possible acyl acceptor specificity of uncharacterized BAHD-family acyltransferases.