Characterization of Arylalkylamine N-Acyltransferase from Tribolium castaneum: An Investigation into a Potential Next-Generation Insecticide Target

酰基转移酶 突变 生物化学 定向进化 生物 酰化 酰基辅酶A 突变体 酰基转移酶 活动站点 立体化学 化学 生物合成 基因 催化作用
作者
Brian G. O’Flynn,Eric M. Lewandowski,Karin Claire Prins,Gabriela Suarez,Angelica N. McCaskey,Nasha M. Rios-Guzman,Ryan L. Anderson,Britney A. Shepherd,Ioannis Gelis,James W. Leahy,Yu Chen,David J. Merkler
出处
期刊:ACS Chemical Biology [American Chemical Society]
卷期号:15 (2): 513-523 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acschembio.9b00973
摘要

The growing issue of insecticide resistance has meant the identification of novel insecticide targets has never been more important. Arylalkylamine N-acyltransferases (AANATs) have been suggested as a potential new target. These promiscuous enzymes are involved in the N-acylation of biogenic amines to form N-acylamides. In insects, this process is a key step in melanism, hardening of the cuticle, removal of biogenic amines, and in the biosynthesis of fatty acid amides. The unique nature of each AANAT isoform characterized indicates each organism accommodates an assembly of discrete AANATs relatively exclusive to that organism. This implies a high potential for selectivity in insecticide design, while also maintaining polypharmacology. Presented here is a thorough kinetic and structural analysis of AANAT found in one of the most common secondary pests of all plant commodities in the world, Tribolium castaneum. The enzyme, named TcAANAT0, catalyzes the formation of short-chain N-acylarylalkylamines, with short-chain acyl-CoAs (C2-C10), benzoyl-CoA, and succinyl-CoA functioning in the role of acyl donor. Recombinant TcAANAT0 was expressed and purified from E. coli and was used to investigate the kinetic and chemical mechanism of catalysis. The kinetic mechanism is an ordered sequential mechanism with the acyl-CoA binding first. pH-rate profiles and site-directed mutagenesis studies identified amino acids critical to catalysis, providing insights about the chemical mechanism of TcAANAT0. A crystal structure was obtained for TcAANAT0 bound to acetyl-CoA, revealing valuable information about its active site. This combination of kinetic analysis and crystallography alongside mutagenesis and sequence analysis shines light on some approaches possible for targeting TcAANAT0 and other AANATs for novel insecticide design.

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