Molecular Basis of Thioredoxin-Dependent Arsenic Transformation in Methanogenic Archaea

古细菌 硫氧还蛋白 转化(遗传学) 化学 环境化学 生物 生物化学 基因 有机化学
作者
Yanping Liang,Yunfeng Yan,Lulu Shi,Mingyu Wang,Xian-Zheng Yuan,Shuguang Wang,Ye Li,Zhen Yan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (1): 443-453 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c06611
摘要

Methanogenic archaea are known to play a crucial role in the biogeochemical cycling of arsenic (As); however, the molecular basis of As transformation mediated by methanogenic archaea remains poorly understood. Herein, the characterization of the redox transformation and methylation of As by Methanosarcina acetivorans, a model methanogenic archaeon, is reported. M. acetivorans was demonstrated to mediate As(V) reduction via a cytoplasmic As reductase (ArsC) in the exponential phase of methanogenic growth and to methylate As(III) via a cytoplasmic As(III) methyltransferase (ArsM) in the stationary phase. Characterization of the ArsC-catalyzed As(V) reduction and the ArsM-catalyzed As(III) methylation showed that a thioredoxin (Trx) encoded by MA4683 was preferentially utilized as a physiological electron donor for ArsC and ArsM, providing a redox link between methanogenesis and As transformation. The structures of ArsC and ArsM complexed with Trx were modeled using AlphaFold-Multimer. Site-directed mutagenesis of key cysteine residues at the interaction sites of the complexes indicated that the archaeal ArsC and ArsM employ evolutionarily distinct disulfide bonds for interacting with Trx compared to those used by bacterial ArsC or eukaryotic ArsM. The findings of this study present a major advance in our current understanding of the physiological roles and underlying mechanism of As transformation in methanogenic archaea.
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