植物辅酶Q合成途径苯环羟化酶的研究

Coenzyme Q (CoQ), also known as vitamin Q, is an isoprenoid quinone produced in almost all living organisms and functions as electron transporters in respiratory chain. Despite the paramount importance of CoQ to health, its biosynthetic pathway has not been fully defined. The modification of CoQ aromatic ring involves three hydroxylations, and the enzyme responsible for the C-1 hydroxylation has not been identified in eukaryotes. Moreover, the enzyme responsible for the C-6 hydroxylation in plants remains unknown. We have isolated several candidate hydroxylases from Arabidopsis thaliana by co-expression network analysis. We plan to identify the enzyme by complementing the C-1 or C-6 hydroxylation defects in E. coli, analysis of the T-DNA insertion mutants and overexpression plants, subcellular localization and biochemical assay to verify the function of the candidate(s). The results will provide new and deep insight into the CoQ biosynthesis.

辅酶Q是一类存在于几乎所有生物体内的萜苯醌类化合物，是呼吸链的电子传递体，也是人体必需的营养物质，又称为维生素Q，然而其生物合成途径还没有完全解析。在辅酶Q合成过程中苯环需经过三次羟化修饰，其中1位羟化酶在所有真核生物中是未知的，植物的6位羟化酶也是未知的。在前期工作中，申请者通过与拟南芥辅酶Q途径已知基因共表达分析，筛选到一些候选的羟化酶基因。本项目拟通过回补大肠杆菌1位或6位羟化酶基因突变株的方法检测这些候选基因的活性，通过体外酶活测定验证它们的功能。通过分析拟南芥T-DNA突变体，过表达转基因植株及蛋白亚细胞定位来研究它们在植物体内的功能。本项目的实施，将为植物辅酶Q合成途径解析提供重要环节。

辅酶Q（coenzyme Q，CoQ），又称泛醌（ubiquinone），是广泛存在于真核生物和细菌的萜苯醌类化合物，是线粒体呼吸链产生ATP所必需的电子传递体，还原型辅酶Q是脂溶性抗氧化剂。辅酶Q的生物合成是一个复杂的过程，迄今还没有完全解析。我们发现了植物特殊的苯环6位羟化酶CoqF。线粒体中的苯环6位羟化酶是辅酶Q合成途径的倒数第二步酶。已知酵母和人体内催化该步反应的酶Coq7属于二铁氧化酶。植物的苯环6位羟化反应由完全不同的黄素单加氧酶CoqF催化。进化分析发现CoqF不仅存在于植物，在绿藻和一些其他藻类、SAR等原生生物也有CoqF。值得注意的是，CoqF还存在于疟原虫、弓形虫和隐孢子虫等顶复门寄生虫，而这些寄生虫的宿主使用Coq7合成辅酶Q，这为相关新药研发提供了靶点。本工作找到了植物辅酶Q合成途径的苯环6位羟化酶，部分完成了本项目计划的目标和任务。发表SCI论文两篇，两个专利获得授权。这些工作为植物辅酶Q合成途径解析提供重要环节。