Martin Moche

Forskningsbeskrivning

Ketoacyl syntaser katalyserar formeringen av kol-kol bindningar i fettsyrebiosyntesen och inhiberas av ett naturligt antibiotikum med namnet cerulenin.  Jag fann att cerulenin binder kovalent och irreversibelt i sin öppna form till cysteine i enzymets aktiva yta (1) och genom att jämföra E.coli/Synechosystis ketoacyl syntase strukturer med relaterade thiolase/polyketide syntase strukturer (2) förstår vi nu hur geometrin i det aktiva sitet varierar och leder till små men viktiga skillnader i reaktionsmekanism och susbstratspecificitet mellan dessa enzymfamiljer.

 

I växter finns vattenlösliga desaturaser som katalyserar den första omättade cis-dubbelbindningen i helt mättade fettsyror d.v.s. ett första steg mot de essentiella omättade fettsyror som vi behöver. Under fettsyrebiosyntesen bärs den växande kolkedjan av acyl-carrier-protein (acyl-ACP) då längre mättade fettsyror inte är vattenlösliga och efter ett antal syntesrundor i kloroplasten blir själva fettsyran 18 kolatomer lång och helt mättad. De flesta desaturaser är membranbundna men vissa växter har vattenlösliga desaturaser som binder in acyl-ACP och placerar fettsyran inuti en bumerang formad kavitet, som har ett di-järn center centralt placerat i kavitetens böj, där enkelbindningen blir till en dubbelbindning under katalysen. När enzymet ”vilar” har de två järn-jonerna en syre-brygga mellan sig bestående av en enda syreatom, men när fettsyran (acyl-ACP) binder startar katalysen med att elektronbärarproteinet ferrodoxin reducerar syre-bryggan till vatten och de reducerade järn jonerna, som ändrat oxidationstal från +III till +II, aktiverar molekylärt syre, som i sin tur extraherar två väteatomer från den av kaviteten bundna och krökta mättade fettsyrans kolatom 9 och 10, räknat från fettsyrans karboxylgrupp. Den ena syreatomen från molekylärt syre blir till vatten och den andra blir till en ny syrebrygga mellan järn-jonerna i di-järn centrat. Jag bestämde 3D strukturen av desaturase i komplex med småmolekyler som liknar syre (3) och i komplex med acyl-ACP (4).  Som ett resultat min avhandling och senare arbeten vet vi nu hur desaturase säkerställer att cis-dubbelbindningen hamnar mellan kolatomerna i position 9 och 10 (4), vilka aminosyror som är viktiga för den produktiva desaturase vs improduktiva oxidase reaktionen (5) samt att endast den ena subenheten i desaturase dimeren är aktiv under katalysen (6).

1. Structure of the complex between the antibiotic cerulenin and its target, beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase. Moche M, Schneider G. Edwards P, Dehesh K. and Lindqvist Y. J Biol Chem 1999 Mar 5;274(10):6031-4. 

2. The crystal structure of beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase II from Synechocystis sp. at 1.54 A resolution and its relationship to other condensing enzymes. Moche M, Dehesh K, Edwards P, and Lindqvist Y. J Mol Biol 2001 Jan 19;305(3):491-503. 

3. Azide and acetate complexes plus two iron-depleted crystal structures of the di-iron enzyme delta9 stearoyl-acyl carrier protein desaturase. Implications for oxygen activation and catalytic intermediates. Moche M, Shanklin J, Ghoshal A, Lindqvist Y. J Biol Chem. 2003 Jul 4;278(27):25072-80. doi: 10.1074/jbc.M301662200. 

4. Remote control of regioselectivity in acyl-acyl carrier protein-desaturases. Guy JE, Whittle E, Moche M, Lengqvist J, Lindqvist Y, Shanklin J. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Oct 4;108(40):16594-9.

5. A single mutation in the castor Delta9-18:0-desaturase changes reaction partitioning from desaturation to oxidase chemistry. Guy JE, Abreu IA, Moche M, Lindqvist Y, Whittle E, Shanklin J. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Nov 14;103(46):17220-4. 

6. Half-of-the-Sites Reactivity of the Castor Δ9-18:0-Acyl Carrier Protein Desaturase. Liu Q, Chai J, Moche M, Guy J, Lindqvist Y, Shanklin J. Plant Physiol. 2015 Sep;169(1):432-41