Authors: Zhu, Yue-Hui; Jiang, Jian-Guo; Chen, Qian

Source: Biochemistry and Cell Biology, Volume 86, Number 3, June 2008 , pp. 285-292(8)

Publisher: NRC Research Press

Abstract:

Lycopene β-cyclase (Lyc-B) is the key enzyme in the catalysis of linear lycopene to form cyclic β-carotene, an indispensable part of the photosynthetic apparatus and an important source of vitamin A in human and animal nutrition. Studies showing that the microalga Dunaliella salina can accumulate a high level of β-carotene are lacking. We hypothesize that D. salina is closely involved with the catalytic mechanism of Lyc-B and the molecular regulation of its gene. In this study, we used RT-PCR and RACE-PCR to isolate a 2475 bp cDNA with a 1824 bp open reading frame, encoding a putative Lyc-B, from D. salina. Homology studies showed that the deduced amino acid sequence had a significant overall similarity with sequences of other green algae and higher plants, and that it shared the highest sequence identity, up to 64%, with Lyc-B of Chlamydomonas reinhardtii. Codon analysis showed that synonymous codon usage in the enzyme has a strong bias towards codons ending with adenosine. Two motifs were found in the Lyc-B sequence, one at the N terminus, for binding the hypothetical cofactor FAD, and the other was a substrate carrier motif in oxygenic organisms shared by an earlier carotenogenesis enzyme, phytoene desaturase, and Lyc-B. A tertiary structure prediction suggested that the catalytic or binding site structure within LycB from D. salina is superior to that of both H. pluvialis and C. reinhardtii. The LycB protein from D. salina was quite removed from that of H. pluvialis and C. reinhardtii in the phylogenetic tree. Taken as a whole, this information provides insight into the regulatatory mechanism of Lyc-B at the molecular level and the high level of β-carotene accumulation in the microalga D. salina.

La lycopène β-cyclase (Lyc-B) est l'enzyme clé qui catalyse la cyclisation du lycopène linéaire en β-carotène, un composé indispensable à l'appareil photosynthétique et une source importante de vitamine A dans la nourriture humaine et animale. Les travaux cherchant à comprendre le fait que Dunaliella salina puisse accumuler de hauts niveaux de β-carotène manquent toujours; nous posons l'hypothèse qu'il existe une relation étroite entre le mécanisme catalytique de la Lyc-B et la régulation moléculaire de son gène. Un ADNc d'une longueur de 2475 pb possédant un cadre de lecture ouvert de 1824 pb et codant une Lyc-B présumée a d'abord été isolé de D. salina par RT-PCR et RACE-PCR. Des recherches d'homologies ont montré que la séquence déduite en acides aminés possédait un degré total sde similarité significatif avec les séquences trouvées chez d'autres algues vertes et chez les plantes supérieures, l'identité de séquence la plus élevée, soit 64%, étant partagée avec la Lyc-B de Chalmydomonas reinhardtii. L'analyse des codons a permis de déterminer que l'utilisation de codons synonymes de cette enzyme était fortement biaisée en faveur d'une adénosine terminale. Deux motifs ont été trouvés au sein de la séquence de Lyc-B : un premier, était situé à l'extrémité N-terminale pour lier vraisemblablement le cofacteur FAD; le deuxième constituait un motif de transporteur de substrat chez les organismes oxygéniques, retrouvé chez une enzyme caroténogène, la phytoène désaturase. Une prédiction de la structure tertiaire suggère la présence d'une structure de niveau plus élevé au sein du site catalytique ou du site de liaison de Lyc-B de D. salina comparativement à H. pluvialis et C. reinhardtii. La protéine Lyc-B de D. salina était véritablement éloignée de celle de H. pluvialis et C. reinhardtii dans l'arbre phylogénique. La combinaison de ces caractéristiques pourrait donner des indices et un aperçu du mécanisme de régulation de la Lyc-B au niveau moléculaire et des mécanismes subséquents responsables du haut degré d'accumulation de β-carotène dans l'algue microscopique D. salina.

Document Type: Research article

Publication date: 2008-06-01

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