Homology modelling, virtual screening and evolutionary analyses of plant enzymes metabolising putrescine

Abstract

In Pflanzen kann Putrescin sowohl in Spermidin als auch in N-Methylputrescin mithilfe von Transferasen umgewandelt werden. Spermidinsynthasen und Putrescin N-Methyltransferasen nutzen mit Putrescin dasselbe Substrat aber unterschiedliche Cosubstrate. Mit strukturellen und funktionellen Untersuchungen wurde die evolutionäre Beziehung beider Transferasen untersucht. N-Methylputrescin ist zudem das Ausgangsmolekül für die Tropinonbiosynthese. Tropinon wird von zwei Tropinonreduktasen entweder zu Tropin oder Pseudotropin reduziert. Bisher wurden in Arabidopsis thaliana weder Tropinonreduktasen noch Tropan- oder Nortropanalkaloide gefunden. Allerdings existieren in A. thaliana Tropinonreduktase-ähnliche Enzyme, deren Funktion bisher unbekannt ist. Mit Homologiemodellen und virtuellem Screening wurden Hinweise für ihre Funktion gefunden. Diese theoretischen Untersuchungen wurden hierbei durch experimentelle Arbeiten unterstützt.

In plants, putrescine is either aminopropylated to yield spermidine or methylated to afford Nmethylputrescine by the action of different enzymes, namely spermidine synthases or putrescine Nmethyltransferases, which use different cosubstrates. Based on functional and structural investigations, both transferases were analysed for their evolutionary relationships. Moreover, N-methylputrescine is the starter molecule for tropinone biosynthesis. Tropinone is reduced to either tropine or pseudotropine by the action of two different tropinone reductases. In A. thaliana, neither tropinone reductases nor tropane or nortropane alkaloids were found so far. Nevertheless, tropinone reductase-like enzymes were identified in A. thaliana with functions unknown until now. With the help of homology models and virtual screening, hints concerning their putative function were found. These theoretical analyses were supported by experimental work.