Biosynthesis and insecticidal properties of plant cyclotides: The cyclic knotted proteins from Oldenlandia affinis

Abstract

Several members of the Rubiaceae and Violaceae families produce a series of cyclotides or macrocyclic peptides of 29 -31 amino acids with an embedded cystine knot. We aim to understand the mechanism of synthesis of cyclic peptides in plants and have isolated a cDNA clone that encodes the cyclotide kalata B1 as well as three other clones for related cyclotides from the African plant Oldenlandia affinis. The cDNA clones encode prepropeptides with a 20-aa signal sequence, an N-terminal prosequence of 46 -68 amino acids and one, two, or three cyclotide domains separated by regions of about 25 aa. The corresponding cyclotides have been isolated from plant material, indicating that the cyclotide domains are excised and cyclized from all four predicted precursor proteins. The exact processing site is likely to lie on the N-terminal side of the strongly conserved GlyLeuPro or SerLeuPro sequence that flanks both sides of the cyclotide domain. Cyclotides have previously been assigned an antimicrobial function; here we describe a potent inhibitory effect on the growth and development of larvae from the Lepidopteran species Helicoverpa punctigera.

Identification and Quantification of Cyclolinopeptides in Five Flaxseed Cultivars

“…34 Interestingly, larger cyclic peptides produced by Oldenlandia affinis also arise from a peptide that contains multiple precursor sequences. 35 It was recently discovered that cyclolinopeptides are encoded in individual genes and that several peptides originate from the corresponding preproteins produced from these coding sequences. 21 It is proposed that 1−3 and 5 be grouped (cyclolinopeptide-51) for statistical analysis as the products expressed by a single gene sequence, whereas 4 and 6−9 are also grouped as the products of gene cyclolinopeptide-65.…”

Peptídeos cíclicos de biomassa vegetal: características, diversidade, biossíntese e atividades biológicas

“…103 Em contrapartida, os ciclotídeos são ativos contra um amplo espectro de microrganismos, bactérias ou fungos, e são capazes até mesmo de inibir proteinases digestivas (inseticida). 106 Para o organismo vegetal, o conjunto defensina-ciclotídeo varre quase a totalidade dos mecanismos de defesa inata, cada qual agindo sobre alvos específicos. Por fim, a diferença mais marcante entre tais grupos reside nas características estruturais únicas dos ciclotídeos.…”

“…32,118 É justamente no loop 6 que se conserva a sequência RNG(I/L)P, a qual pode ser identificada no precursor biossintético do ciclotídeo como uma sequência flanqueadora do sítio de processamento e ciclização. 25,106 Acredita-se que o resíduo de asparagina (N) seja essencial para as alterações pós-traducionais responsáveis pela clivagem e ciclização do ciclotídeo. 118 O conjunto das características que formam a estrutura cíclica destes compostos, ou seja, o CK, as ligações de hidrogênio intramoleculares e a ciclização cabeça-cauda são fatores determinantes de suas propriedades físico-químicas únicas e que é responsável pelas atividades biológicas desses compostos.…”

“…& Schult.) D.C. 106 Todos os genes caracterizados codificam um precursor linear longo contendo 1-3 domínios para o ciclotídeo (Figura 11). Ademais, cada precursor carrega uma porção sinalizadora (20 aminoácidos) que o direciona para o retículo endoplasmático.…”

“…106 No caso do clone Oak4, com três cópias de kalata B2, a região C-terminal é flanqueada pela tríade Ser-Leu-Pro e a retenção da sequência Gly-Leu-Pro no ciclotídeo indica que o sítio de clivagem para kalata B2 ocorra nas ligações peptídicas anteriores aos resíduos de Gly N-terminal e Ser C-terminal. 106 De acordo com a hipótese acima exposta e aceita atualmente para descrever alguns pontos cruciais na ordem de desencadeamento dos eventos que ocorrem na via biossintética dos ciclotídeos, acredita-se que a formação das ligações dissulfeto seja anterior à clivagem dos ciclotídeos da preproteína precursora e da ciclização. 98,106,110 Entretanto, ambos os processos, excisão e ciclização, e as enzimas envolvidas em cada passo biossintéticos não foram, até o momento, identificados.…”