Nguồn: Zhaonan Ban, Hao Qin, Andrew J. Mitchell, Baoxiu Liu, Fengxia Zhang, Jing-Ke Weng, Richard A. Dixon, and Guodong Wang. 2018. Noncatalytic chalcone isomerase-fold proteins in Humulus lupulus are auxiliary components in prenylated flavonoid biosynthesis. PNAS May 29, 2018. 115 (22) E5223-E5232

TÓM TẮT

Theo công trình nghiên cứu này, người ta xác định hai protein “noncatalytic chalcone isomerase-fold”, rất cần thiết cho việc sản sinh ra “prenylchalcone” với hiệu quả cao trong cây hoa bia Humulus lupulus. Kết quả này cung cấp kiến thức khoa học về sự tiến hóa từ các protein thời xa xưa “noncatalytic fatty acid-binding chalcone isomerase-fold” thành protein chuyên biệt đóng vai trò hỗ trợ (auxiliary proteins) trong chu trình sinh tổng hợp ra những flavonoid của thực vật, mở ra khả năng tạo nên các prenylchalcones chất lượng cao bằng cách sử dụng hệ thống dị hợp tử. Xanthohumol (XN) và demethylxanthohumol (DMX) chuyên tính đối với “prenylated chalconoids” trong ứng dụng chế tạo dược phẩm, chúng tích tụ với mức độ cao chất trichomes trong tuyến dự trữ của cây hoa bia (Humulus lupulus L.). Mặc dù tất cả những enzyme cấu trúc trong chu trình sinh học XN đã được người ta xác định xét theo chức năng rồi, nhưng những cơ chế sinh hóa của chúng vẫn chưa được biết, làm sao để có chất lượng cao sản phẩm XN. Nghiên cứu này cho thấy: người ta định tính được hai protein “noncatalytic chalcone isomerase” (CHI)-like proteins (viết tắt là HlCHIL1 và HlCHIL2) thông qua kỹ thuật di truyền trên nấm men (yeast) mang gen cần thiết cho sản sinh DMX. Protein HlCHIL2 làm gia tăng sản lượng DMX gấp 2,3 lần. Protein HlCHIL1 làm giảm đáng kể sản lượng DMX còn 30%. Người ta thấy rằng CHIL2 là một phần của biến dưỡng tích cực DMX (chất metabolon) trong cây lông tơ hoa bia (tiếng Anh là hop glandular trichomes). Chúng tổng hợp thành một “chalcone synthase” (CHS) và một “prenyltransferase” gắn ở màng. Kiểu hình IV của CHI-fold proteins mang tính chất biểu trưng của thực vật bao gồm những chức năng có tính chất bảo thủ để gắn với CHS và làm tăng cường hoạt tính của nó. Phân tích bằng kỹ thuật “binding assays” và “structural docking” cho thấy có một chức năng của HlCHIL1 gắn kết với DMX và “naringenin chalcone” để ổn định cấu hình “ring-open” của những chalconoids nói trên. Nghiên cứu còn cho thấy vai trò của hai protein HlCHILs trong sinh tổng hợp DMX của cây hoa bia, và cung cấp cho chúng ta những kiến thức cần thiết về sự phát triển tiến hóa của chúng từ tổ tiên là những protein “fatty acid-binding CHI-fold” để chuyên biệt hóa protein nào là hỗ trợ (auxiliary proteins) trong sinh tổng hợp flavonoid của thực vật.

Xem http://www.pnas.org/content/115/22/E5223

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 3: Ảnh hưởng của hai protein HlCHIL1 và HlCHIL2 trong sản sinh ra NC và DMX tổng số của nấm men được thao tác kỹ thuật di truyền (engineered yeasts). (A) Giản đồ “chromatogram” của những ion có chọn lọc thuộc m/z 341.1384 đối với DMX/8PN/6PN thông qua LC-qTOF-MS. Các chủng nòi nấm men (yeast strains) mang nhiều tổ hợp gen khác nhau được nuôi trong môi trường kích hoạt - 96 giờ, trước khi tách chiết hóa học và phân tích. PT1L được sử dụng trong thí nghiệm này là trình tự của Arabidopsis tại codon tối ưu. (B) Sản lượng N/NC bởi các chủng nòi nấm men mang gen CHIL (đối chứng), gen CHIL1, và CHIL2. Giá trị trung bình ± SD với ít nhất ba dòng vô tính độc lập (t test, **P < 0.01). (C) Sản lượng của DMX/8PN/6PN bởi các chủng nòi nấm men không mang gen CHIL (đối chứng), gen CHIL1 và CHIL2. Giá trị trung bình ± SD với ít nhất ba dòng vô tính độc lập (t test, **P < 0.01).