セルロース分解性クロストリジアのペントースリン酸経路は、トランスアルドラーゼの代わりに６-ホスホフルクトキナーゼに依存している

The pentose phosphate pathway of cellulolytic clostridia relies on 6-phosphofructokinase instead of transaldolase.

• Jeroen G Koendjbiharie
• Shuen Hon
• Martin Pabst
• Robert Hooftman
• David M Stevenson
• Jingxuan Cui
• Daniel Amador-Noguez
• Lee R Lynd
• Daniel G Olson
• Richard van Kranenburg

抄録

ほとんどの溶血性クロストリジアのゲノムには、トランスアルドラーゼとしてアノテーションされた遺伝子は含まれていない。したがって、ペントース糖を同化したり、他の（非C）基質上で成長中にC前駆体（リボースなど）を生成したりするためには、ペントース代謝と他の代謝をつなぐ経路を持っていなければならない。ここで我々は、この接続のために細胞溶解性クロストリジアは、トランスアルドラーゼの代わりにピロリン酸依存性ホスホフルクトキナーゼ（PP-PFK）を使用して、セドヘプツロース1,7-ビスフォスフェート（SBP）経路に依存していることの証拠を提供します。この可逆的な経路では、PP-PFKがセドヘプツロース7-リン酸（S7P）をSBPに変換し、その後、フルクトース-二リン酸アルドラーゼがSBPをジヒドロキシアセトンリン酸とエリスロース4-リン酸に切断する。我々は、PP-PFK of and Cが実際にS7PをSBPに変換することができ、S7Pと常用基質であるフルクトース6-リン酸(F6P)に対して同様の親和性を有することを示す。対照的に、（ATP依存性の）PfkAは、トランスアルドラーゼに依存しているが、S7Pに対する親和性は非常に低かった。このことは、細胞溶解性クロストリジアのPP-PFKがS7Pの利用を進化させたことを示している。さらに、キシロース上での成長中に上昇する異常な代謝物であるSBPプールを含むことを示し、ペントース同化との関連性を実証した。最後に、我々は、ATPとGTPと一緒に動作する第二のPFKは、それがその値に近い基質濃度のための仮想的なオン/オフスイッチをもたらす、非常に高度な協調的な結合を持っているように見えるように、F6Pに向かって異常な速度を示すことを実証した。以上のことから、本研究の結果は、細胞溶解性クロストリジアにおけるペントース同化のためのSBP経路の存在を確認した。

The genomes of most cellulolytic clostridia do not contain genes annotated as transaldolase. Therefore, for assimilating pentose sugars or for generating C precursors (such as ribose) during growth on other (non-C) substrates, they must possess a pathway that connects pentose metabolism with the rest of metabolism. Here we provide evidence that for this connection cellulolytic clostridia rely on the sedoheptulose 1,7-bisphosphate (SBP) pathway, using pyrophosphate-dependent phosphofructokinase (PP-PFK) instead of transaldolase. In this reversible pathway, PFK converts sedoheptulose 7-phosphate (S7P) to SBP, after which fructose-bisphosphate aldolase cleaves SBP into dihydroxyacetone phosphate and erythrose 4-phosphate. We show that PP-PFKs of and C indeed can convert S7P to SBP, and have similar affinities for S7P and the canonical substrate fructose 6-phosphate (F6P). By contrast, (ATP-dependent) PfkA of , which does rely on transaldolase, had a very poor affinity for S7P. This indicates that the PP-PFK of cellulolytic clostridia has evolved the use of S7P. We further show that contains a significant SBP pool, an unusual metabolite that is elevated during growth on xylose, demonstrating its relevance for pentose assimilation. Last, we demonstrate that a second PFK of that operates with ATP and GTP exhibits unusual kinetics toward F6P, as it appears to have an extremely high degree of cooperative binding, resulting in a virtual on/off switch for substrate concentrations near its value. In summary, our results confirm the existence of an SBP pathway for pentose assimilation in cellulolytic clostridia.

© 2020 Koendjbiharie et al.