Functional analysis of insect fatty acyl-coenzyme A reductases and desaturases

Abstract

Lipidy odvozené od mastných kyselin představují důležité biomolekuly. Kromě své hlavní role při stavbě buněk, ukládání energie a signalizaci, slouží celé řadě dalších funkcí, např. jako izolační či nesmáčivé povrchy, obranné látky a feromony. Na úpravách intermediátů vznikajících při biosyn- téze mastných kyselin se podílí celá řada enzymů, mezi něž se řadí např. i desaturázy, které syn- tetizují nenasycené mastné kyseliny, a reduktázy, jež syntetizují mastné alkoholy. Funkčně vysoce diverzifikované desaturázy a reduktázy z hmyzu, jakožto jedněch z nejhojněji zastoupených zvířat na světe, představují podstatný zdroj pro moderní biotechnologii buněčných továren. Tato práce shrnuje dostupné informace o reduktázách a desaturázách a popisuje výsledky, které jsme při jejich studiu získali. U čmeláků jsme identifikovali několik reduktázových transkriptů, jež jsou hojně zastoupeny v samčí feromonové žláze. Příslušné enzymy jsme následně funkčně charakterizovali v kvasinkách a odhadli jejich zapojení do biosyntézy mastných alkoholů v tkáni produkující značkovací feromon. Studované enzymy redukují širokou řadu substrátů, od krátkých mastných acylů (C14) až po velmi dlouhé (C26), od nasycených mastných acylů po polynenasycené. Dále jsme poukázali na to, že na expanzi a následném funkčním rozrůznění čmeláčích...

Fatty acid-derived lipids are an important class of biomolecules. In addition to their primary role in cellular architecture, energy storage and signaling, they function in many other ways, e.g. as isolating or waterproof coatings, defense compounds and pheromones. Multiple enzymes mod- ify intermediates originating from fatty acid biosynthetic pathway, including desaturases (FADs) which synthesize unsaturated fatty acids, and reductases (FARs) which synthesize fatty alcohols. Functionally highly diversified fatty acyl-modifying enzymes from insects, one of the most abun- dant animals in the world, present a significant source for modern biotechnology of cell factories. This thesis summarizes available information on the FADs and FARs and describes the results which we have obtained while studying them. In bumblebees, we identified several FAR transcripts which are abundantly expressed in male pheromone-producing tissue. We then functionally characterized the corresponding enzymes in yeasts, and estimated their participation in the biosynthesis of fatty alcohols observed in the mark- ing pheromone-producing tissue. The studied enzymes reduce broad range of substrates, from short fatty acyls (e.g. C14) to very long ones (e.g. C26), from saturated fatty acyls to polyunsatu- rated ones. We also found...