Гени SEF1 та VMA1 регулюють біосинтез рибофлавіну у флавіногенних дріжджів Candida famata

Андреєва Ю.А., Лизак О.О., Лю Вен, Кан Іньцян, Дмитрук К.В., Сибірний А.А.

Iнститут біології клітини Національної академії наук України, вул. Драгоманова, 14/16, Львів, 79005, Україна
Інститут біохімії Макса Планка, Ам Клопфершпіц 18, 82152 Мартінсрід, Німеччина
Медичний університет Гуйчжоу, Гуйанг, Гуйчжоу, 550025, Китай
Жешівський університет, Зельверовича 4, 35601 Жешув, Польща

Рибофлавін (вітамін В₂) – важливий компонент раціону живих організмів адже є попередником флавінових коферментів ФМН (флавінмононуклеотид) та ФАД (флавінаденіндинуклеотид), які, у свою чергу, залучені у багатьох важливих ферментативних реакціях. Відомо, що за умов нестачі заліза у середовищі, флавіногенні дріжджі Candida famata надпродукують рибофлавін, але досі не досліджено регуляцію цього процесу. Встановлено, що делеція гена SEF1, що кодує транскрипційний активатор, блокує здатність дріжджів до надпродукції рибофлавіну за умов дефіциту заліза. Виявлено, що SEF1 промотори з інших флавіногенних дріжджів (Candida albicans і Candida tropicalis), поєднані з ВРЗ SEF1 гена з C. famata здатні відновлювати надсинтез рибофлавіну в мутанта sef1Δ. Встановлено, що пошкодження гена VMA1 (кодує субодиницю А вакуолярної АТФ-ази), веде до надсинтезу рибофлавіну у C. famata за умов нормального збагачення середовища залізом.

РЕЗЮМЕ. Рибофлавин (витамин В₂) – важный компонент питания живых организмов, поскольку служит прекурсором флавиновых коферментов ФМН (флавин-мононуклеотид) и ФАД (флавинадениндинуклеотид), которые, в свою очередь, участвуют в множестве важных ферментативных реакций. Известно, что в условиях дефицита железа в среде, флавиногенные дрожжи Candida famata сверхпродуцируют рибофлавин, однако до сих пор регуляция этого процесса не исследована. Установлено, что делеция гена SEF1, кодирующего транскрипционный активатор, блокирует способность дрожжей к сверхпродукции рибофлавина в условиях дефицита железа. Показано, что промоторы гена SEF1 других флавиногенних дрожжей (Candida albicans и Candida tropicalis), объединенные с ОРС SEF1 гена C. famata способны восстанавливать сверхсинтез рибофлавина у мутанта sef1Δ. Установлено, что повреждение гена VMA1 (кодирует субъединицу А вакуолярной АТФ-азы) ведет к сверхсинтезу рибофлавина у C. famata в условиях нормального обогащения среды железом.

Ключові слова: рибофлавін, Candida famata, VMA1, SEF1, дріжджі
рибофлавин, Candida famata, VMA1, SEF1, дрожжи

Цитологія і генетика
2020, том 54, № 5, 3-11

Cytology and Genetics
2020, том 54, № 5, 379–385,
doi: 10.3103/S0095452720050023

Повний текст та додаткові матеріали

Цитована література

1. Abbas, C.A. and Sibirny, A.A., Genetic control of biosynthesis and transport of riboflavin and flavin nucleotides and construction of robust biotechnological producers, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2011, vol. 75, no. 2, pp. 321–360. https://doi.org/10.1128/MMBR.00030-10

2. Lim, S.H., Choi, J.S., and Park, E.Y., Microbial production of riboflavin using riboflavin overproducers, Ashbya gossypii, Bacillus subtilis, and Candida famate: an overview, Biotechnol. Bioproc. Eng., 2001, vol. 6, pp. 75–88. https://doi.org/10.1007/bf02931951

3. Stahmann, K.-P., Revuelta, J.L., and Seulberger, H., Three biotechnical processes using Ashbya gossypii, Candida famata, or Bacillus subtilis compete with chemical riboflavin production, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2000, vol. 53, pp. 509–516. https://doi.org/10.1007/s002530051649

4. Vandamme, E.J., Production of vitamins, coenzymes and related biochemicals by biotechnological processes, J. Chem. Technol. Biotechnol., 1992, vol. 53, pp. 313–327. https://doi.org/10.1002/jctb.280530402

5. Kato, T. and, Park E.Y., Riboflavin production by Ashbya gossypii,Biotechnol. Lett., 2012, vol. 34, pp. 611–618. https://doi.org/10.1007/s10529-011-0833-z

6. Schwechheimer, S.K., Park, E.Y., Revuelta, J.L., Becker, J., and Wittmann, C., Biotechnology of riboflavin, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2016, vol. 100, no. 5, pp. 2107–2119. https://doi.org/10.1007/s00253-015-7256-z

7. Burgess C.M., Smid E.J. and van Sinderen D. Bacterial vitamin B2, B11 and B12 overproduction: an overview, Int. J. Food Microbiol., 2009, vol. 133, nos. 1–2, pp. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2009.04.012

8. Chen C., Noble S.M. Post-transcriptional regulation of the Sef1 transcription factor controls the virulence of Candida albicans in its mammalian host, PLoS Pathog., 2012, vol. 8, no. 11, e1002956. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002956

9. Dmytruk, K.V., Yatsyshyn, V.Y., Sybirna, N.O., Fedorovych, D.V., and Sibirny, A.A., Metabolic engineering and classic selection of the yeast Candida famata (Candida flareri) for construction of strains with enhanced riboflavin production, Metabol. Engin., 2011, vol. 13, no. 1, pp. 82–88. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2010.10.005

10. Dmytruk, K., Lyzak, O., Yatsyshyn, V., Kluz, M., Sibirny, V., Puchalski, C., and Sibirny, A., Construction and fed-batch cultivation of Candida famata with enhanced riboflavin production. J. Biotechnol., 2014, vol. 172, pp. 11–17. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2013.12.005

11. Voronovsky, A.Y., Abbas, C.A., Dmytruk, K.V., Ishchuk, O.P., Kshanovska, B.V. Sybirna, K.A., Gaillardin, C., and Sibirny, A.A., Candida famata (Debaryomyces hansenii) DNA sequences containing genes involved in riboflavin synthesis, Yeast, 2004, vol. 21, pp. 1307–1316. https://doi.org/10.1002/yea.1182

12. Boretsky, Y.R., Pynyaha, Y.V., Boretsky, V.Y., Fedorovych, D.V., Fayura, L.R., Protchenko, O., Philpott, C.C., and Sibirny, A.A., Identification of the genes affecting the regulation of riboflavin synthesis in the flavinogenic yeast Pichia guilliermondii using insertion mutagenesis, FEMS Yeast Res., 2011, vol. 11, pp. 307–314. https://doi.org/10.1111/j.1567-1364.2011.00720.x

13. Forster C., Santos M. A., Ruffert, S., Kramer R., and Revuelta J.L., Physiological consequence of disruption of the VMA1 gene in the riboflavin overproducer Ashbya gossypii,J. Biol. Chem., 1999, vol. 274, pp. 9442–9448. https://doi.org/10.1074/jbc.274.14.9442

14. Voronovsky A.A., Abbas C.A., Fayura L.R., Kshanovska B.V., Dmytruk K.V., Sybirna, K.A., and Sibirny A.A. Development of a transformation system for the flavinogenic yeast Candida famata,FEMS Yeast Res., 2002, vol. 2, pp. 381–388. https://doi.org/10.1016/S1567-1356(02)00112-5

15. Sambrook J., Fritsh E.F., and Maniatis T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed., New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.

16. Millerioux, Y., Clastre, M., Simkin, A.J., Courdavault, V., Marais, E., Sibirny, A.A., Noël, T., Crèche, J., Giglioli-Guivarc’h, N., and Papon, N., Drug-resistant cassettes for the efficient transformation of Candida guilliermondii wild-type strains, FEMS Yeast Res., 2001, vol. 11, no. 6, pp. 457–463. https://doi.org/10.1111/j.1567-1364.2011.00731.x

17. Dmytruk K.V., Voronovsky A.Y., and Sibirny A.A. Insertion mutagenesis of the yeast Candida famata (Debaryomyces hansenii) by random integration of linear DNA fragments, Curr. Genet., 2006, vol. 50, pp. 183–191. https://doi.org/10.1007/s00294-006-0083-0

18. Dmytruk, K.V., Ruchala, J., Fedorovych, D.V., Ostapiv, R.D., and Sibirny, A.A., Modulation of the purine pathway for riboflavin production in flavinogenic recombinant strain of the yeast Cand. famata,Biotechnol. J., 2020, vol. 22. https://doi.org/10.1002/biot.201900468

19. Patcharanan, A., Riboflavin production by Candida tropicalis isolated from seawater, Sci. Res. Essays, 2013, vol. 8, no. 1, pp. 43–47. https://doi.org/10.5897/SRE12.603

20. Mateos, L., Jimenez, A., and Revuelta, J.L., Purine biosynthesis, riboflavin production, and trophic–phase span are controlled by a Myb–related transcription factor in the fungus Ashbya gossypii,Appl. Environ. Microbiol., 2006, vol. 72, pp. 5052–5060. https://doi.org/10.1128/AEM.00424-06