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豆科根瘤菌中脂多糖A生物合成的C28酰基转移酶的表达克隆与特性分析

Expression cloning and characterization of the C28 acyltransferase of lipid A biosynthesis in Rhizobium leguminosarum.

作者信息

Basu Shib Sankar, Karbarz Mark J, Raetz Christian R H

机构信息

Department of Biochemistry, Duke University Medical Center, Durham, North Carolina 27710, USA.

出版信息

J Biol Chem. 2002 Aug 9;277(32):28959-71. doi: 10.1074/jbc.M204525200. Epub 2002 May 17.

Abstract

An unusual feature of lipid A from plant endosymbionts of the Rhizobiaceae family is the presence of a 27-hydroxyoctacosanoic acid (C28) moiety. An enzyme that incorporates this acyl chain is present in extracts of Rhizobium leguminosarum, Rhizobium etli, and Sinorhizobium meliloti but not Escherichia coli. The enzyme transfers 27-hydroxyoctacosanate from a specialized acyl carrier protein (AcpXL) to the precursor Kdo2 ((3-deoxy-d-manno-octulosonic acid)2)-lipid IV(A). We now report the identification of five hybrid cosmids that direct the overexpression of this activity by screening approximately 4000 lysates of individual colonies of an R. leguminosarum 3841 genomic DNA library in the host strain S. meliloti 1021. In these heterologous constructs, both the C28 acyltransferase and C28-AcpXL are overproduced. Sequencing of a 9-kb insert from cosmid pSSB-1, which is also present in the other cosmids, shows that acpXL and the lipid A acyltransferase gene (lpxXL) are close to each other but not contiguous. Nine other open reading frames around lpxXL were also sequenced. Four of them encode orthologues of fatty acid and/or polyketide biosynthetic enzymes. AcpXL purified from S. meliloti expressing pSSB-1 is fully acylated, mainly with 27-hydroxyoctacosanoate. Expression of lpxXL in E. coli behind a T7 promoter results in overproduction in vitro of the expected R. leguminosarum acyltransferase, which is C28-AcpXL-dependent and utilizes (3-deoxy-d-manno-octulosonic acid)2-lipid IV(A) as the acceptor. These findings confirm that lpxXL is the structural gene for the C28 acyltransferase. LpxXL is distantly related to the lauroyltransferase (LpxL) of E. coli lipid A biosynthesis, but highly significant LpxXL orthologues are present in Agrobacterium tumefaciens, Brucella melitensis, and all sequenced strains of Rhizobium, consistent with the occurrence of long secondary acyl chains in the lipid A molecules of these organisms.

摘要

根瘤菌科植物内共生菌的脂多糖A的一个不同寻常的特征是存在27-羟基二十八烷酸(C28)部分。一种能掺入这种酰基链的酶存在于豌豆根瘤菌、埃氏根瘤菌和苜蓿中华根瘤菌的提取物中,但大肠杆菌中没有。该酶将27-羟基二十八烷酸从一种特殊的酰基载体蛋白(AcpXL)转移到前体Kdo2-((3-脱氧-D-甘露糖-辛酮糖酸)2)-脂质IV(A)上。我们现在报告通过筛选苜蓿中华根瘤菌1021宿主菌株中豌豆根瘤菌3841基因组DNA文库的约4000个单菌落裂解物,鉴定出五个能指导这种活性过表达的杂交粘粒。在这些异源构建体中,C28酰基转移酶和C28-AcpXL都过量产生。来自粘粒pSSB-1(其他粘粒中也存在)的一个9 kb插入片段的测序表明,acpXL和脂多糖A酰基转移酶基因(lpxXL)彼此靠近但不连续。还对lpxXL周围的其他九个开放阅读框进行了测序。其中四个编码脂肪酸和/或聚酮生物合成酶的直系同源物。从表达pSSB-1的苜蓿中华根瘤菌中纯化的AcpXL完全被酰化,主要是被27-羟基二十八烷酸酰化。lpxXL在T7启动子下游在大肠杆菌中的表达导致体外过量产生预期的豌豆根瘤菌酰基转移酶,该酶依赖于C28-AcpXL,并利用(3-脱氧-D-甘露糖-辛酮糖酸)2-脂质IV(A)作为受体。这些发现证实lpxXL是C28酰基转移酶的结构基因。LpxXL与大肠杆菌脂多糖A生物合成的月桂酰转移酶(LpxL)有远缘关系,但在根癌土壤杆菌、羊布鲁氏菌以及所有已测序的根瘤菌菌株中都存在高度显著的LpxXL直系同源物,这与这些生物体脂多糖A分子中存在长的二级酰基链的情况一致。

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