Veda a výskum

Transglykozylázy bunkových stien húb

doc. Ing. Vladimír Farkaš, DrSc.

Chemický ústav SAV, Centrum glykomiky, Bratislava

Mikroskopické huby, často nazývané aj plesne, sú pôvodcami mnohých závažných chorôb rastlín, zvierat i ľudí. Okrem toho, plesne spôsobujú nedozerné škody na úrode plodín a na uskladnených potravinách. Doteraz používané chemické fungicídy sú síce v mnohých prípadoch vysoko účinné, nevýhodou je však ich malá selektivita a neželateľné vedľajšie účinky. Nakoľko bunková stena (BS) húb sa svojím chemickým zložením odlišuje od bunkových stien rastlín i od povrchových štruktúr živočíšnych buniek, považuje sa za ideálny terč pre selektívne inhibítory. Hľadanie selektívne pôsobiacich fungicídov je podmienené podrobnou znalosťou štruktúry a biochemických mechanizmov tvorby jednotlivých zložiek bunkových stien húb.
Bunkové steny húb sa vyznačujú komplexnou štruktúrou pozostávajúcou z viacerých druhov polymérov. V princípe ide o dva typy komponentov: a) alkali-nerozpustné skeletálne polysacharidy tvoriace mechanicky odolnú fibrilárnu kostru bunkovej steny (napr. beta glukány a chitín; a b) alkali-solubilné polysacharidy a proteín-polysacharidové komplexy (napr. manan-proteíny), ktoré vypĺňajú priestory medzi fibrilami. Vo všeobecnosti platí, že alkali-solubilné zložky sa syntetizujú v cytoplazme, na membránach endoplazmatického retikula (ER), odkiaľ sa exportujú do vonkajšieho priestoru, zatiaľ čo nerozpustné, fibrilárne komponenty sa tvoria v cytoplazmatickej membráne. Konečnou fázou tvorby BS je inkorporácia novosyntetizovaných komponentov do existujúcej štruktúry BS. Začleňovanie nových molekúl polysacharidov do bunkových stien katalyzujú enzýmy, označované ako polysacharid transglykozylázy. Transglykozylázy štiepia molekuly polysacharidov a vzniknuté fragmenty prenášajú na iné polysacharidy za vzniku intermolekulárnych kovalentných väzieb. Výsledkom tohto procesu je kontinuálny rast bunkovej steny bez narušenia jej hrúbky a celistvosti (Schéma 1).

Image1

Schéma 1 znázorňuje štruktúru a výstavbu bunkových stien kvasiniek. V časti (A) je ukázané pomerné zastúpenie glukanu a chitínu v BS divokého kmeňa (WT) a mutantov s deletovanými génmi pre transglykozylázy crh1 a crh2.
V časti (B) je znázornená funkcia endochitináz (ECHp) a transglykozyláz (Crhp) pri tvorbe a modifikácii štruktúry fungálnej bunkovej steny.
Časť (C) znázorňuje jednotlivé etapy transglykozylačnej reakcie. Donorový polysacharid (chitín) je atakovaný transglykozylázou Crh, a reziduálny fragment je prenesený na molekulu akceptora, pričom vzniká hybridný Produkt1. Zbytok molekuly donora je uvoľnený do média ako Produkt2.
Schéma 1 znázorňuje štruktúru a výstavbu bunkových stien kvasiniek. V časti (A) je ukázané pomerné zastúpenie glukanu a chitínu v BS divokého kmeňa (WT) a mutantov s deletovanými génmi pre transglykozylázy crh1 a crh2.
V časti (B) je znázornená funkcia endochitináz (ECHp) a transglykozyláz (Crhp) pri tvorbe a modifikácii štruktúry fungálnej bunkovej steny.
Časť (C) znázorňuje jednotlivé etapy transglykozylačnej reakcie. Donorový polysacharid (chitín) je atakovaný transglykozylázou Crh, a reziduálny fragment je prenesený na molekulu akceptora, pričom vzniká hybridný Produkt1. Zbytok molekuly donora je uvoľnený do média ako Produkt2.

Vybrané publikácie k danej téme:
FARKAŠ, V., SULOVÁ, Z., STRATILOVÁ, E., HANNA, R., MACLACHLAN, G.: Cleavage of xyloglucan by nasturtium seed xyloglucanase and transglycosylation to xyloglucan subunit oligosaccharides. Arch. Biochem. Biophys. 298: 365-370 (1992).

CABIB, E., FARKAŠ, V., KOSÍK, O., BLANCO, N., ARROYO, J., McPHIE, P.: Assembly of the yeast cell wall: Crh1p and Crh2p act as transglycosylases in vivo and in vitro. J. Biol. Chem. 283: 29859-29872 (2008).

HRMOVA, M., FARKAŠ, V., LAHNSTEIN, J., FINCHER, G. B.: A barley xyloglucan xyloglucosyl transferase covalently links xyloglucan, cellulosic substrates and (1,3;1,4)-beta-D-glucans. J. Biol. Chem. 282:12951–12962 (2007).

MAZÁŇ, M. ,RAGNI, E., POPOLO, L., FARKAŠ, V.: Catalytic properties of the Gas family β-(1,3)-glucanosyltransferases active in fungal cell-wall biogenesis as determined by a novel fluorescent assay. Biochem. J. 438:275-82 (2011).

FANG, W., SANZ, A. B., BARTUAL, S. G., WANG, B., FERENBACH, A. T., FARKAŠ, V., …VAN AALTEN, D. M. Mechanisms of redundancy and specificity of the Aspergillus fumigatus Crh transglycosylases. Nature Commun. 10(1): 1-10. (2019).