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PNAS:拟南芥CESA3催化结构域的晶体结构

已有 1621 次阅读 2021-3-22 08:25 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Structure of Arabidopsis CESA3 catalytic domain with its substrate UDP-glucose provides insight into the mechanism of cellulose synthesis

第一作者Zhu Qiao

第一单位南洋理工大学

通讯作者Yong-Gui Gao


 Abstract 


背景回顾Cellulose is synthesized by cellulose synthases (CESAs) from the glycosyltransferase GT-2 family. In plants, the CESAs form a six-lobed rosette-shaped CESA complex (CSC). 


主要研究:Here we report crystal structures of the catalytic domain of Arabidopsis thaliana CESA3 (AtCESA3CatD) in both apo and uridine diphosphate (UDP)-glucose (UDP-Glc)–bound forms. 


结果1-AtCESA3CatD结构域AtCESA3CatD has an overall GT-A fold core domain sandwiched between a plant-conserved region (P-CR) and a class-specific region (C-SR). 


结果2-拟南芥与细菌的CESA3CatD:By superimposing the structure of AtCESA3CatD onto the bacterial cellulose synthase BcsA, we found that the coordination of the UDP-Glc differs, indicating different substrate coordination during cellulose synthesis in plants and bacteria


结果3-beta链与同源二聚化:Moreover, structural analyses revealed that AtCESA3CatD can form a homodimer mainly via interactions between specific beta strands


结果4-实验验证beta链的重要性:We confirmed the importance of specific amino acids on these strands for homodimerization through yeast and in planta assays using point-mutated full-length AtCESA3. 


结论:Our work provides molecular insights into how the substrate UDP-Glc is coordinated in the CESAs and how the CESAs might dimerize to eventually assemble into CSCs in plants.


 摘 要 


纤维素是由糖基转移酶GT-2家族的纤维素合酶CESAs合成的。在植物中,CESAs组成一个六瓣莲座状CESA复合体CSC。本文中,作者报道了无核苷酸结合(apo)以及UDP-Glc结合状态下的拟南芥CESA3酶催化结构域的晶体结构。AtCESA3CatD在植物保守区(P-CR)和支系特异区(C-SR)之间存在一个GT-A折叠核心结构域。通过将AtCESA3CatD的结构叠加到细菌纤维素合酶BcsA上,作者发现UDP-Glc的配位不同,表明植物和细菌在纤维素合成过程中的底物配位不同。此外,结构分析显示AtCESA3CatD主要通过特定β链之间的相互作用形成同型二聚体。作者基于点突变的全长AtCESA3,通过酵母和植物体内试验,证实了这些β链上的特定氨基酸对于AtCESA3CatD同源二聚化的重要性。本文的研究揭示了底物UDP-Glc在CESAs中的配位以及CESAs如何二聚化、从而最终组装成CSCs的分子机制。


doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2024015118


Journal: PNAS

Published date: Mar 16, 2021



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