Klonierung und Expression einer für die Detoxifizierung von Pyrrolizidinalkaloiden verantwortlichen Flavin-abhängigen Monooxygenase aus Tyria jacobaeae

Naumann, Claudia

Larven von Tyria jacobaeae fressen ausschließlich auf der Pyrrolizidinalkaloid- enthaltenden Pflanze Senecio jacobaea. Pyrrolizidinalkaloide (PAs), die eine toxische Wirkung auf Insekten und Vertebraten besitzen, werden nach ihrer Aufnahme in der Hämolymphe von T. jacobaeae effizient von der Senecionin- N-Oxygenase (SNO), einer Flavin-abhängigen Monooxygenase (FMO) mit sehr hoher Substratspezifität für PAs, N-oxidiert. Mit Hilfe von Peptid-Mikrosequenzen der gereinigten SNO aus T. jacobaeae wurde die entsprechende cDNA kloniert und das Protein in aktiver Form sowohl in Escherichia coli als auch in Sf9-Zellen exprimiert. Die SNO aus T. jacobaeae besitzt ein für extrazelluläre Proteine charakteristisches Signalpeptid und gehört zu einer großen Familie überwiegend FMO-ähnlicher Sequenzen, deren Funktion größtenteils unbekannt ist und die auch zwei vorhergesagte Genprodukte aus Drosophila melanogaster einschließt. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass die SNO aus T. jacobaeae, die hochspezifisch für toxische PAs ist, von einer bereits existierenden Insekten-spezifischen FMO-Genfamilie rekrutiert wurde, deren Funktion bisher noch unbekannt ist. Das Enzym erlaubt den Larven, PA-enthaltende Pflanzen zu fressen, sowie die auf Fraßfeinde abschreckend wirkenden PAs in der Hämolymphe zu akkumulieren.

Larvae of Tyria jacobaeae feed solely upon the pyrrolizidine alkaloid containing plant Senecio jacobaea. Ingested pyrrolizidine alkaloids (PAs), which are toxic to unspecialized insects and vertebrates, are efficiently N-oxidized in the hemolymph of T. jacobaeae by senecionine N-oxygenase (SNO), a flavin-dependent monooxygenase (FMO) with a high substrate specificity for PAs. Peptide microsequences obtained from purified T. jacobaeae SNO were used to clone the corresponding cDNA, which was expressed in active form in Escherichia coli and Sf9-cells. T. jacobaeae SNO possesses a signal peptide characteristic of extracellular proteins, and it belongs to a large family of mainly FMO-like sequences of mostly unknown function, including two predicted Drosophila melanogaster gene products. The data indicate that the gene for T. jacobaeae SNO, highly specific for toxic pyrrolizidine alkaloids, was recruited from a preexisting insect-specific FMO gene family of hitherto unknown function. The enzyme allows the larvae to feed on PA-containing plants and to accumulate predation- deterrent PAs in the hemolymph.

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Naumann, Claudia: Klonierung und Expression einer für die Detoxifizierung von Pyrrolizidinalkaloiden verantwortlichen Flavin-abhängigen Monooxygenase aus Tyria jacobaeae. 2003.

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