Structural basis of glyphosate resistance resulting from the double mutation Thr97 -> Ile and Pro101 -> Ser in 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase from Escherichia coli.
J Biol Chem · 2009 · 284:9854-60 · PMID 19211556 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
요약 생성 대기 중입니다.
초록 전문 번역 · gemma4:e4b
쉬키미산 경로 효소인 5-엔올피루빌쉬키미산-3-인산 합성효소(EPSPS)는 광범위 제초제인 글리포세이트의 표적이 된다. EPSPS의 유전자 공학적 변형은 전 세계적으로 글리포세이트 저항성 작물의 도입으로 이어졌다. 유전적으로 조작된 옥수수 계통 NK603과 GA21은 서로 다른 EPSPS 효소를 가지고 있다. NK603 옥수수와 형질전환 대두, 목화 및 카놀라에 발현되는 CP4 EPSPS는 특정 그람 양성균에서 분리된 이 효소의 글리포세이트 불감성 변이체인 클래스 II EPSPS에 속한다. 반면, GA21 옥수수는 *Zea mays* 또는 *Escherichia coli*와 같은 클래스 I EPSPS의 점 돌연변이를 통해 만들어졌으며, 이 효소들은 낮은 농도의 글리포세이트에 민감하다. 이러한 점 돌연변이로 인한 글리포세이트 저항성의 구조적 기반은 불분명했다. 우리는 *E. coli* 유래 EPSPS를 사용하여 GA21 옥수수의 분자적 근거인 T97I/P101S 이중 돌연변이의 효소동학적 및 구조적 영향을 연구하였다. T97I/P101S 효소는 본질적으로 글리포세이트에 불감성(K(i) = 2.4 mm)이지만 기질인 포스포에놀피루브산(PEP)에 대한 높은 친화도(K(m) = 0.1 mm)를 유지한다. 1.7-A 해상도로 얻은 결정 구조는 이중 돌연변이가 잔기 Gly(96)을 글리포세이트 결합 부위 쪽으로 이동시켜 글리포세이트의 효율적인 결합을 방해하는 동시에, Ile(97)의 측쇄가 기질 결합 부위에서 멀어지게 하여 PEP 이용을 용이하게 함을 보여주었다. 단일 자리 T97I 돌연변이는 효소를 글리포세이트에 민감하게 만들고 PEP에 대한 친화도를 현저히 감소시킨다. 따라서 Thr(97)과 Pro(101)의 동반 돌연변이만이 촉매적으로 효율적이고 글리포세이트 저항성인 클래스 I EPSPS를 생성하는 데 필요한 구조적 변화를 유도한다.ORIGINAL ABSTRACT
The shikimate pathway enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) is the target of the broad spectrum herbicide glyphosate. The genetic engineering of EPSPS led to the introduction of glyphosate-resistant crops worldwide. The genetically engineered corn lines NK603 and GA21 carry distinct EPSPS enzymes. CP4 EPSPS, expressed in NK603 corn and transgenic soybean, cotton, and canola, belongs to class II EPSPS, glyphosate-insensitive variants of this enzyme isolated from certain Gram-positive bacteria. GA21 corn, on the other hand, was created by point mutations of class I EPSPS, such as the enzymes from Zea mays or Escherichia coli, which are sensitive to low glyphosate concentrations. The structural basis of the glyphosate resistance resulting from these point mutations has remained obscure. We studied the kinetic and structural effects of the T97I/P101S double mutation, the molecular basis for GA21 corn, using EPSPS from E. coli. The T97I/P101S enzyme is essentially insensitive to glyphosate (K(i) = 2.4 mm) but maintains high affinity for the substrate phosphoenolpyruvate (PEP) (K(m) = 0.1 mm). The crystal structure at 1.7-A resolution revealed that the dual mutation causes a shift of residue Gly(96) toward the glyphosate binding site, impairing efficient binding of glyphosate, while the side chain of Ile(97) points away from the substrate binding site, facilitating PEP utilization. The single site T97I mutation renders the enzyme sensitive to glyphosate and causes a substantial decrease in the affinity for PEP. Thus, only the concomitant mutations of Thr(97) and Pro(101) induce the conformational changes necessary to produce catalytically efficient, glyphosate-resistant class I EPSPS.| 저자 | Funke, T.; Yang, Y.; Han, H.; Healy-Fried, M.; Olesen, S.; Becker, A.; Schönbrunn, E. |
|---|---|
| 저널 | The Journal of biological chemistry |
| 권·호·쪽 | 284(15), 9854-60 |
| PMID | 19211556 |
| DOI | 10.1074/jbc.M809771200 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Binding Sites; Crystallography, X-Ray; Drug Resistance, Bacterial; Enzyme Inhibitors; Escherichia coli; Glycine; Isoleucine; Kinetics; Models, Chemical; Molecular Conformation; Mutation; Proline; Serine; Threonine; Glyphosate |