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Simplified in Vitro and in Vivo Bioaccess to Prenylated Compounds

Publicado en:Acs Omega. 4 (4): 7838-7849 - 2019-04-30 4(4), DOI: 10.1021/acsomega.9b00561

Autores: Couillaud, Julie; Rico, Juan; Rubini, Alyssa; Hamrouni, Tarek; Courvoisier-Dezord, Elise; Petit, Jean-Louis; Mariage, Aline; Darii, Ekaterina; Duquesne, Katia; de Berardinis, Veronique; Iacazio, Giles

Afiliaciones

Resumen

All naturally produced terpenes are derived from two universal C5 diphosphate precursors, dimethylallyl diphosphate (DMAPP) and isopentenyl diphosphate (IPP). Various prenyl transferases use DMAPP to prenylate aromatic compounds, while others, in combination with IPP, lead to the enzymatic formation of geranyl diphosphate (GPP), farnesyl diphosphate (FPP), geranylgeranyl diphosphate (GGPP), and geranylfarnesyl diphosphate, the direct precursors of monoterpenes (C10), sesquiterpenes (C15), diterpenes (C20), and sesterterpenes (C25), respectively. FPP and GGPP are also the basis for the biosynthesis of triterpenes (steroids) and tetraterpenes (carotenoids), respectively. Nature has developed two biosynthetic pathways to produce DMAPP and IPP, the mevalonate (MEV) pathway and the methylerythritol phosphate (MEP) pathway. Both use compounds derived from glucose through glycolysis, and 18 enzymes are involved to generate both DMAPP and IPP. Here, we sought to simplify biochemical access to these two universal diphosphates using the two commercially and industrially available C5-OHs, dimethylallyl alcohol and isopentenol (IOH), as starting substrates, as well as two enzymes, selected from a diverse choice, able to carry out the double phosphorylation of these two C5-OHs at room temperature using ATP as a phosphate donor. The first phosphorylation is performed by a promiscuous acid phosphatase (AP), used in the reverse reaction mode, whereas the second is performed by the recently described isopentenyl phosphate kinase (IPK). We show the interest of this artificial biosynthetic terpene mini-path (TMP) by testing it in a three-enzyme cascade, leading to the formation of the cytotoxic prenylated diketopiperazine tryprostatin B (TB) from chemically synthesized brevianamide F (BF), using FtmPT1 prenyltransferase as a biocatalyst, in addition to the two previously mentioned kinases. We first performed the proof of concept of this simplified pathway in vivo (Escherichia coli), using already described enzymes, that is, an AP from Salmonella enterica and an IPK from Thermoplasma acidophilum. The complete conversion of BF (3.3 mM, 1 g/L) to TB was obtained after optimization of culture conditions and process parameters. Following this first success, we performed a screen in search of highly active phosphatases and IPKs to develop the TMP in vitro. A highly active AP from Xanthomonas translucens and an IPK from Methanococcus vannielii were selected from these screens, allowing the in vitro development of the TMP. Under optimized conditions, the three-enzyme cascade led to the total transformation of BF (10 mM, 3.3 g/L) to TB in less than 24 h, establishing the in vitro utility as well as the in vivo utility of the TMP. The implementation of this biosynthetic TMP offers thus the possibility to access virtually any terpene structure using two easily commercially and industrially available compounds in bulk, either in vivo or in vitro, and is thus a viable alternative to the natural MEV and MEP pathways for bioaccess to terpenes.

Palabras clave

enzymeflavonoidsmevalonate pathwayphosphorylationpurificationBiological-activity

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Acs Omega debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2019, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Chemical Engineering (Miscellaneous).

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir del Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions, arroja un valor de: 1.97, lo que indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: Dimensions Jun 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-06-01, el siguiente número de citas:

  • WoS: 16
  • Scopus: 20
  • OpenCitations: 17

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-06-01:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 40.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 40 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 3.

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: France.