Characterization of bacterial fucokinase/GDP-fucose pyrophosphorylase (FKP) enzymes supports the evolution of interdomain communication and modularity in the FKP family
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT L-fucokinase (FUK) and GDP-fucose pyrophosphorylase (GFPP) salvage free L-fucose and synthesize the valuable nucleotide-sugar GDP-L-fucose (GDP-Fuc). Some organisms express these enzymes as one bifunctional polypeptide called L-fucokinase/GDP-fucose pyrophosphorylase (FKP), which has attracted attention for use in the chemoenzymatic synthesis of GDP-Fuc. Despite the documented use of the FKP from Bacteroides fragilis ( Bf FKP ) , the evolutionary origins of these enzymes and their relationships to monofunctional FUKs and GFPPs are poorly understood. We hypothesized that biochemical characterization of these proteins coupled with an evolutionary analysis would uncover the natural diversity of FKPs, facilitating the discovery of new biocatalysts. Phylogenetic and sequence similarity network (SSN) analyses distinguished FKPs from FUKs and GFPPs, suggesting that FKPs originate from one ancestral fusion event between these domains. To evaluate how environmental factors might select for functional diversity within the FKP family, we recombinantly expressed and purified a putative FKP from the thermophilic bacterium Thermophagus xiamenensis ( Tx FKP). This enzyme exhibited in vitro kinase and pyrophosphorylase activities and demonstrated subtle kinetic differences compared to Bf FKP. While alanine scanning mutational analysis of the Tx FKP FUK and GFPP domains supported the role of conserved residues that Tx FKP uses to coordinate substrate binding and catalysis, other mutations in the Tx FKP GFPP domain influenced kinase activity differentially for the substrates L-fucose and D-arabinose, showing an unprecedented role for the GFPP domain in FUK substrate specificity. Finally, thermal shift profiles of Tx FKP and Bf FKP were biphasic and provided new insights into how these enzymes have evolved to respond to different sugar substrates.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 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 | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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