新型乙烯生物合成抑制劑
利用植物化學(xué)遺傳學(xué)手段,以擬南芥乙烯過(guò)量合成突變體eto1-2和乙烯信號(hào)活化突變體ctr1-1為篩選材料,從2000種化學(xué)小分子文庫(kù)中篩選出了3種可抑制乙烯合成或反應(yīng)的小分子化合物:kynurenine(KYN),ponalrestat(PRT)和pyrazinamide(PZA)。他們?cè)缙诘难芯堪l(fā)現(xiàn)KYN能夠抑制乙烯所誘導(dǎo)的下游生長(zhǎng)素合成途徑中的一類關(guān)鍵酶TAA1/TARs(He et al., 2011 Plant Cell),最近發(fā)現(xiàn)PRT也作用于乙烯下游反應(yīng),抑制了生長(zhǎng)素合成途徑中的另一類關(guān)鍵酶(相關(guān)工作正在整理發(fā)表中)。 不同于KYN和PRT,第三個(gè)小分子PZA只特異性抑制乙烯過(guò)量合成突變體eto1-2的“三重反應(yīng)”(圖A)。施加PZA處理可以抑制乙烯合成前體ACC所誘導(dǎo)的乙烯反應(yīng),暗示PZA可能通過(guò)抑制ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)而抑制乙烯合成。體外生化分析發(fā)現(xiàn),PZA無(wú)法直接抑制ACO催化活性,需要被擬南芥煙酰胺酶(nicotinamidase)轉(zhuǎn)化為pyrazinoic acid(POA)(圖B),進(jìn)而以POA的形式競(jìng)爭(zhēng)性抑制ACO的催化活性。 進(jìn)一步解析了擬南芥中ACO家族成員ACO2與POA復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)(2.1?),從原子層面揭示了POA的抑制機(jī)理(圖C和圖D)。晶體結(jié)構(gòu)表明,POA是通過(guò)與活性中心的一個(gè)鋅離子或鐵離子形成配位鍵而與ACO2結(jié)合。此外,POA與其周圍氨基酸之間形成的氫鍵、疏水相互作用以及范德華力,也鞏固了其與蛋白的結(jié)合。通過(guò)對(duì)ACO2蛋白關(guān)鍵氨基酸進(jìn)行突變,證實(shí)了POA或其類似物2-PA可以模擬ACO的內(nèi)源底物ACC,從而競(jìng)爭(zhēng)性抑制了ACO的活性。這些結(jié)果不僅在原子層面上闡明了POA的抑制機(jī)理,還為進(jìn)一步優(yōu)化POA結(jié)構(gòu),提高其抑制活性提供了理論基礎(chǔ)。
南方科技大學(xué)
2021-04-13