Identification of Additional Players in the Alternative Biosynthesis Pathway to Isovaleryl-CoA in the Myxobacterium Myxococcus xanthus
- 作者
- Helge B. Bode, Michael W. Ring, Gertrud Schwär, Matthias O. Altmeyer, Carsten Kegler, Ivy R. Jose, Mitchell Singer, Rolf Müller
- 杂志
- ChemBioChem（2008）
- DOI
- 10.1002/cbic.200800219
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
鉴定黄色黏球菌中替代异戊酰辅酶A生物合成途径的额外参与者，并阐明其功能。
研究策略
通过比较bkd突变体与野生型的蛋白质组和全基因组转录组，结合基因敲除、标记前体饲喂和脂肪酸谱分析，鉴定替代途径基因。
核心内容
该研究在黄色黏球菌中系统解析了替代异戊酰辅酶A（IV-CoA）生物合成途径的额外参与基因及其功能。通过比较bkd突变体与野生型的蛋白质组、全基因组转录组，结合基因敲除、标记前体饲喂和脂肪酸谱分析，作者确认亮氨酸降解途径的liuA、liuB、liuC基因在bkd缺失背景下被完全阻断，例如突变体中D3-亮氨酸掺入geosmin的比例从野生型的5%降至检测不到。进一步饲喂[D6]DMAA实验显示，bkd突变体中D5-和D10-geosmin掺入率分别达7%和78%，而同时敲除liuB或liuC后标记完全消失，证明该途径酶通过逆向催化参与替代IV-CoA合成。DNA微阵列鉴定出509个表达显著改变的基因，其中包含mvaS的五基因操纵子（aibR、MXAN_4264-4267）被上调，遗传互补实验证实MXAN_4265/4266介导3-甲基戊二烯酰-CoA向IV-CoA的转化。此外，bkd突变体Trypan blue结合量从8.7%降至4.4%，提示纤维材料减少与膜相关基因下调有关。该工作揭示了亮氨酸降解与替代IV-CoA合成的代谢枢纽，为理解分枝杆菌IV-CoA代谢网络提供了新视角。
创新点
1) 证明亮氨酸降解途径酶类通过逆向催化参与替代IV-CoA合成；2) 发现并功能解析了包含mvaS的五基因操纵子；3) 揭示了bkd突变体粘附缺陷与膜相关基因表达下调的关联。
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Myxococcus xanthus | 亮氨酸降解途径/异戊酰辅酶A生物合成途径 | liuC (MXAN_3757) | LiuC | 催化 | 甲基戊二烯酰辅酶A水合酶，催化HMG-CoA与3-甲基戊二烯酰-CoA相互转化 |
| Myxococcus xanthus | 亮氨酸降解途径/异戊酰辅酶A生物合成途径 | liuB (MXAN_3759) | LiuB | 催化 | 羧基转移酶亚基，可能参与DMA-CoA羧化为3MG-CoA |
| Myxococcus xanthus | 亮氨酸降解途径/异戊酰辅酶A生物合成途径 | liuA (MXAN_3760) | LiuA | 催化 | 短链酰基辅酶A脱氢酶，可能催化IV-CoA氧化为DMA-CoA及逆反应 |
| Myxococcus xanthus | 替代异戊酰辅酶A生物合成途径 | mvaS (MXAN_4267) | MvaS | 催化 | HMG-CoA合酶，催化乙酰乙酰-CoA和乙酰-CoA生成HMG-CoA |
| Myxococcus xanthus | 替代异戊酰辅酶A生物合成途径 | aibR (MXAN_4263) | AibR | 调控 | TetR样转录调控因子，负调控五基因操纵子 |
| Myxococcus xanthus | 替代异戊酰辅酶A生物合成途径 | MXAN_4264 | MXAN_4264 | 催化 | 谷氨酸辅酶A转移酶亚基A，推测参与3-甲基戊二烯酰-CoA脱羧 |
| Myxococcus xanthus | 替代异戊酰辅酶A生物合成途径 | MXAN_4265 | MXAN_4265 | 催化 | 谷氨酸辅酶A转移酶亚基B，推测参与3-甲基戊二烯酰-CoA脱羧 |
| Myxococcus xanthus | 替代异戊酰辅酶A生物合成途径 | MXAN_4266 | MXAN_4266 | 催化 | 锌结合脱氢酶，推测催化DMA-CoA还原为IV-CoA |
| Myxococcus xanthus | 支链氨基酸转运 | bcap (MXAN_5158) | Bcap | 转运 | 支链氨基酸通透酶，可能为亮氨酸转运蛋白 |
关键发现
- ['在野生型DK1622中，D3-亮氨酸掺入geosmin的比例为5%，而在liuA、liuB、liuC突变体中均未检测到标记，表明亮氨酸降解途径被完全阻断。', '在bkd突变体DK5643中饲喂[D6]DMAA后，D5-和D10-geosmin掺入率分别为7%和78%
- 而HB002(Δbkd, liuC::kan)和HB004(Δbkd, liuB::kan)中未检测到标记。', 'HB002(Δbkd, liuC::kan)的iso-15:0脂肪酸含量仅为4.01%（无IV A），而野生型为40.10%，补充异戊酸(IVA)后可恢复至52.16%。', '通过DNA微阵列分析，bkd突变体中有509个基因表达显著改变（>2.5倍），其中471个下调、38个上调
- aibR(MXAN_4263)上调6.1倍，MXAN_4266上调2.73倍，mvaS上调2.62倍。', 'bkd突变体与野生型相比，Trypan blue结合量从8.7%降至4.4%，表明纤维材料含量减少一半。', '遗传互补实验表明，HB020(Δbkd, MXAN_4265::kan, mvaS+)未能恢复脂肪酸谱，证明MXAN_4265/4266参与3-甲基戊二烯酰-CoA转化为IV-CoA。']
研究结论
亮氨酸降解途径的酶参与黄色黏球菌中替代异戊酰辅酶A的生物合成，且与mvaS同操子的aibR、MXAN_4264、MXAN_4265、MXAN_4266编码参与该替代途径的蛋白；bkd突变体的复杂表型与膜生物合成及调控基因的表达下调有关。