Published December 4, 2018 | Version v1
Publication Open

Reconstructing the evolutionary history of F420-dependent dehydrogenases

Creators

  • 1. National University of San Luis
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. University of Groningen

Description

Abstract During the last decade the number of characterized F 420 -dependent enzymes has significantly increased. Many of these deazaflavoproteins share a TIM-barrel fold and are structurally related to FMN-dependent luciferases and monooxygenases. In this work, we traced the origin and evolutionary history of the F 420 -dependent enzymes within the luciferase-like superfamily. By a thorough phylogenetic analysis we inferred that the F 420 -dependent enzymes emerged from a FMN-dependent common ancestor. Furthermore, the data show that during evolution, the family of deazaflavoproteins split into two well-defined groups of enzymes: the F 420 -dependent dehydrogenases and the F 420 -dependent reductases. By such event, the dehydrogenases specialized in generating the reduced deazaflavin cofactor, while the reductases employ the reduced F 420 for catalysis. Particularly, we focused on investigating the dehydrogenase subfamily and demonstrated that this group diversified into three types of dehydrogenases: the already known F 420 -dependent glucose-6-phosphate dehydrogenases, the F 420 -dependent alcohol dehydrogenases, and the sugar-6-phosphate dehydrogenases that were identified in this study. By reconstructing and experimentally characterizing ancestral and extant representatives of F 420 -dependent dehydrogenases, their biochemical properties were investigated and compared. We propose an evolutionary path for the emergence and diversification of the TIM-barrel fold F 420 -dependent dehydrogenases subfamily.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلال العقد الماضي، زاد عدد الإنزيمات التي تعتمد على F 420 بشكل كبير. تشترك العديد من بروتينات deazaflavoproteins هذه في طية برميل TIM وترتبط هيكلياً بإنزيمات لوسيفيراز المعتمدة على FMN وإنزيمات أحادية الأكسجين. في هذا العمل، تتبعنا أصل الإنزيمات المعتمدة على F 420 والتاريخ التطوري لها داخل العائلة الفائقة الشبيهة بالوسيفيراز. من خلال تحليل شامل لتطور السلالات، استنتجنا أن الإنزيمات المعتمدة على F 420 نشأت من سلف مشترك يعتمد على FMN. علاوة على ذلك، تظهر البيانات أنه أثناء التطور، انقسمت عائلة البروتينات deazaflavoproteins إلى مجموعتين محددتين جيدًا من الإنزيمات: نازعات الهيدروجين التي تعتمد على F 420 وإنزيمات الاختزال التي تعتمد على F 420. من خلال هذا الحدث، تتخصص أنزيمات نزع الهيدروجين في توليد العامل المساعد المختزل deazaflavin، بينما تستخدم أنزيمات الاختزال F 420 المختزلة للتحفيز. على وجه الخصوص، ركزنا على التحقيق في الفصيلة الفرعية من نازعة الهيدروجين وأثبتنا أن هذه المجموعة تنوعت إلى ثلاثة أنواع من نازعة الهيدروجين: نازعة هيدروجين الجلوكوز -6 -فوسفات F 420 المعروفة بالفعل، ونازعة هيدروجين الكحول F 420 المعتمدة، ونازعة هيدروجين السكر -6 -فوسفات التي تم تحديدها في هذه الدراسة. من خلال إعادة البناء والتوصيف التجريبي لممثلي الأسلاف والممثلين الحاليين لأنزيمات نازعة الهيدروجين المعتمدة على F 420، تم التحقيق في خصائصها الكيميائية الحيوية ومقارنتها. نقترح مسارًا تطوريًا لظهور وتنويع الطية البرميلية TIM F 420 - التي تعتمد على نازعة الهيدروجين.

Translated Description (French)

Résumé Au cours de la dernière décennie, le nombre d'enzymes F 420-dépendantes caractérisées a considérablement augmenté. Beaucoup de ces deazaflavoprotéines partagent un pli TIM-barrel et sont structurellement apparentées aux luciférases et monooxygénases FMN-dépendantes. Dans ce travail, nous avons retracé l'origine et l'histoire évolutive des enzymes F 420-dépendantes au sein de la superfamille des luciférases. Par une analyse phylogénétique approfondie, nous avons déduit que les enzymes F 420-dépendantes ont émergé d'un ancêtre commun dépendant de la FMN. De plus, les données montrent qu'au cours de l'évolution, la famille des déazaflavoprotéines se divise en deux groupes d'enzymes bien définis : les déshydrogénases F 420 -dépendantes et les réductases F 420 -dépendantes. Par un tel événement, les déshydrogénases se sont spécialisées dans la génération du cofacteur de déazaflavine réduit, tandis que les réductases utilisent le F 420 réduit pour la catalyse. En particulier, nous nous sommes concentrés sur l'étude de la sous-famille des déshydrogénases et avons démontré que ce groupe se diversifiait en trois types de déshydrogénases : les glucose-6-phosphate déshydrogénases F 420 -dépendantes déjà connues, les alcools déshydrogénases F 420 -dépendantes et les sucre-6-phosphate déshydrogénases qui ont été identifiées dans cette étude. En reconstruisant et en caractérisant expérimentalement les représentants ancestraux et existants des déshydrogénases F 420 -dépendantes, leurs propriétés biochimiques ont été étudiées et comparées. Nous proposons une voie évolutive pour l'émergence et la diversification de la sous-famille des déshydrogénases dépendantes de TIM-barrel fold F 420.

Translated Description (Spanish)

Resumen Durante la última década, el número de enzimas dependientes de F 420 caracterizadas ha aumentado significativamente. Muchas de estas deazaflavoproteínas comparten un pliegue de barril Tim y están estructuralmente relacionadas con las luciferasas y monooxigenasas dependientes de FMN. En este trabajo, rastreamos el origen y la historia evolutiva de las enzimas dependientes de F 420 dentro de la superfamilia similar a la luciferasa. Mediante un análisis filogenético exhaustivo, inferimos que las enzimas dependientes de F 420 surgieron de un ancestro común dependiente de FMN. Además, los datos muestran que durante la evolución, la familia de desazaflavoproteínas se dividió en dos grupos bien definidos de enzimas: las deshidrogenasas dependientes de F 420 y las reductasas dependientes de F 420. Por tal evento, las deshidrogenasas se especializaron en generar el cofactor deazaflavina reducido, mientras que las reductasas emplean el F 420 reducido para la catálisis. Particularmente, nos enfocamos en investigar la subfamilia de deshidrogenasas y demostramos que este grupo se diversificó en tres tipos de deshidrogenasas: las ya conocidas glucosa-6-fosfato deshidrogenasas dependientes de F 420, las alcohol deshidrogenasas dependientes de F 420 y las azúcar-6-fosfato deshidrogenasas que se identificaron en este estudio. Mediante la reconstrucción y caracterización experimental de representantes ancestrales y existentes de deshidrogenasas dependientes de F 420, se investigaron y compararon sus propiedades bioquímicas. Proponemos un camino evolutivo para la aparición y diversificación de la subfamilia de deshidrogenasas dependientes de TIM-barril fold F 420.

Files

s41598-018-35590-2.pdf.pdf

Files (2.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4d6c721ef41787124d4413f67606946b
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إعادة بناء التاريخ التطوري لأنزيمات نازعة الهيدروجين المعتمدة على F420
Translated title (French)
Reconstruire l'histoire évolutive des déshydrogénases F420-dépendantes
Translated title (Spanish)
Reconstrucción de la historia evolutiva de las deshidrogenasas dependientes de F420

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2903173852
DOI
10.1038/s41598-018-35590-2

Is supplement to
https://openalex.org/W2621349008 (Other)
https://openalex.org/W2129320122 (Other)
https://openalex.org/W2088351373 (Other)
https://openalex.org/W2044019333 (Other)
https://openalex.org/W2034424746 (Other)
https://openalex.org/W1988647429 (Other)
https://openalex.org/W196176148 (Other)
https://openalex.org/W1755292769 (Other)
https://openalex.org/W1577644406 (Other)
https://openalex.org/W1484389758 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1498128196
  • https://openalex.org/W1571667828
  • https://openalex.org/W1928840963
  • https://openalex.org/W1969934364
  • https://openalex.org/W1978600624
  • https://openalex.org/W1985869383
  • https://openalex.org/W1988361517
  • https://openalex.org/W1990823383
  • https://openalex.org/W1998490996
  • https://openalex.org/W2000288572
  • https://openalex.org/W2005026952
  • https://openalex.org/W2009162081
  • https://openalex.org/W2018385499
  • https://openalex.org/W2031067457
  • https://openalex.org/W2038464976
  • https://openalex.org/W2040461302
  • https://openalex.org/W2043399887
  • https://openalex.org/W2068586664
  • https://openalex.org/W2081992608
  • https://openalex.org/W2084094775
  • https://openalex.org/W2087864895
  • https://openalex.org/W2104827182
  • https://openalex.org/W2110033896
  • https://openalex.org/W2117260150
  • https://openalex.org/W2134094649
  • https://openalex.org/W2135621733
  • https://openalex.org/W2143626353
  • https://openalex.org/W2155496018
  • https://openalex.org/W2165181282
  • https://openalex.org/W2166865790
  • https://openalex.org/W2168521460
  • https://openalex.org/W2169042900
  • https://openalex.org/W2207236088
  • https://openalex.org/W2224056471
  • https://openalex.org/W2264758140
  • https://openalex.org/W2298408858
  • https://openalex.org/W2343743473
  • https://openalex.org/W2376573086
  • https://openalex.org/W2399554715
  • https://openalex.org/W2479469925
  • https://openalex.org/W2488883307
  • https://openalex.org/W2507491534
  • https://openalex.org/W2520057004
  • https://openalex.org/W2543629455
  • https://openalex.org/W2557496587
  • https://openalex.org/W2561072227
  • https://openalex.org/W2563265233
  • https://openalex.org/W2698430954