Metabolic engineering of a tyrosine-overproducing yeast platform using targeted metabolomics
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: L-tyrosine is a common precursor for a wide range of valuable secondary metabolites, including benzylisoquinoline alkaloids (BIAs) and many polyketides. An industrially tractable yeast strain optimized for production of L-tyrosine could serve as a platform for the development of BIA and polyketide cell factories. This study applied a targeted metabolomics approach to evaluate metabolic engineering strategies to increase the availability of intracellular L-tyrosine in the yeast Saccharomyces cerevisiae CEN.PK. Our engineering strategies combined localized pathway engineering with global engineering of central metabolism, facilitated by genome-scale steady-state modelling. RESULTS: Addition of a tyrosine feedback resistant version of 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase Aro4 from S. cerevisiae was combined with overexpression of either a tyrosine feedback resistant yeast chorismate mutase Aro7, the native pentafunctional arom protein Aro1, native prephenate dehydrogenase Tyr1 or cyclohexadienyl dehydrogenase TyrC from Zymomonas mobilis. Loss of aromatic carbon was limited by eliminating phenylpyruvate decarboxylase Aro10. The TAL gene from Rhodobacter sphaeroides was used to produce coumarate as a simple test case of a heterologous by-product of tyrosine. Additionally, multiple strategies for engineering global metabolism to promote tyrosine production were evaluated using metabolic modelling. The T21E mutant of pyruvate kinase Cdc19 was hypothesized to slow the conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate and accumulate the former as precursor to the shikimate pathway. The ZWF1 gene coding for glucose-6-phosphate dehydrogenase was deleted to create an NADPH deficiency designed to force the cell to couple its growth to tyrosine production via overexpressed NADP(+)-dependent prephenate dehydrogenase Tyr1. Our engineered Zwf1(-) strain expressing TYRC ARO4(FBR) and grown in the presence of methionine achieved an intracellular L-tyrosine accumulation up to 520 μmol/g DCW or 192 mM in the cytosol, but sustained flux through this pathway was found to depend on the complete elimination of feedback inhibition and degradation pathways. CONCLUSIONS: Our targeted metabolomics approach confirmed a likely regulatory site at DAHP synthase and identified another possible cofactor limitation at prephenate dehydrogenase. Additionally, the genome-scale metabolic model identified design strategies that have the potential to improve availability of erythrose 4-phosphate for DAHP synthase and cofactor availability for prephenate dehydrogenase. We evaluated these strategies and provide recommendations for further improvement of aromatic amino acid biosynthesis in S. cerevisiae.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».