Ключевой фермент идентифицирован в финальном этапе биосинтеза иридоидов у растений

Иридоиды — широко распространённый и эволюционно древний класс вторичных метаболитов растений, относящийся к терпенам. Они встречаются у тысяч видов растений и играют важную роль в защите и других взаимодействиях растений с окружающей средой.

Иридоиды также содержатся в таких продуктах, как оливки и черника, и, как полагают, обладают противовоспалительными свойствами. Они также являются важными предшественниками для многих медицински значимых соединений, включая противораковый препарат винбластин и алкалоиды ипекакуаны, содержащиеся в лекарственных растениях.

Несмотря на их важность, биосинтетический путь не был полностью расшифрован. Ключевой этап циклизации в непеталактол — базовую структуру всех иридоидов — оставался неизвестным.

Исследовательская группа под руководством Сары О'Коннор из Института химической экологии Макса Планка изучала этот путь более 15 лет.

«Мы давно подозревали, что ключевая реакция циклизации может происходить спонтанно, без помощи фермента, так как известные иридоид-синтазы производят лишь небольшие количества непеталактола и много побочных продуктов», — объясняет Сара О'Коннор.

Однако более поздние эксперименты указывали на участие фермента. Проблема заключалась в том, что поиск среди сотен кандидатов был бы крайне трудоёмким.

Переломным моментом стало сотрудничество с Робином Буэллом из Университета Джорджии (США). Его лаборатория предоставила новый набор данных об экспрессии генов в отдельных клетках ипекакуаны, а не в разных тканях, как в предыдущих исследованиях.

Сравнение двух наборов данных показало, что лишь очень небольшое количество неизвестных генов коррелирует с экспрессией известных генов биосинтеза иридоидов в обоих наборах. Это позволило быстро протестировать кандидатов на активность.

Для одного из этих генов исследователи смогли доказать, что реакция циклизации катализируется при его экспрессии в растениях или бактериях. Это подтвердило, что данный ген кодирует давно разыскиваемую циклазу.

Сравнение аминокислотной последовательности циклазы с последовательностями тысяч видов растений в публичных базах данных показало, что фермент встречается именно у тех видов растений, которые образуют иридоиды.

«К нашему удивлению, обнаруженный фермент принадлежит к совершенно неожиданному классу ферментов, известных своей способностью катализировать совершенно другую реакцию», — поясняет Майте Колинас, первый автор исследования.

Механистический процесс циклизации и то, как эта функция эволюционировала из другой ферментативной реакции, остаются неясными и являются предметом дальнейшего изучения.

Это открытие прокладывает путь для будущего биотехнологического производства непеталактола и его производных, таких как противораковые препараты винбластин и винкристин, в дрожжах, грибах или других видах растений.