SCOPUS
SCIE
Functional cooperation of the glycine synthase-reductase and Wood–Ljungdahl pathways for autotrophic growth of <i>Clostridium drakei</i>
저자
Song, Yoseb ; Lee, Jin Soo ; Shin, Jongoh ; Lee, Gyu Min ; Jin, Sangrak ; Kang, Seulgi ; Lee, Jung-Kul ; Kim, Dong Rip ; Lee, Eun Yeol ; Kim, Sun Chang ; Cho, Suhyung ; Kim, Donghyuk ; Cho, Byung-Kwan
발행기관
학술지명
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA -
권호사항
발행연도
2020
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
7516-7523(8쪽)
제공처
<P><B>Significance</B></P><P>Despite sharing the first four reactions, coutilization of the Wood–Ljungdahl pathway (WLP) with the glycine synthase-reductase pathway (GSRP) and reductive glycine pathway (RGP) to fix C1 compounds has remained unknown. In this study, using <I>Clostridium drakei</I>, we elucidated the role of the GSRP and RGP in the presence of the WLP, via a genome-scale metabolic model, RNA-seq, <SUP>13</SUP>C isotope-based metabolite-tracing experiments, biochemical assays, and heterologous expression. Overall, the data suggested the pathways are functional under autotrophic conditions. Along with the WLP, GSRP and RGP convert CO<SUB>2</SUB> to glycine and then to acetyl-phosphate and serine, which then obtain ATP by producing acetate and operate with limited reducing power. This is a unique coutilization of the pathways under autotrophic conditions in acetogens.</P><P>Among CO<SUB>2</SUB>-fixing metabolic pathways in nature, the linear Wood–Ljungdahl pathway (WLP) in phylogenetically diverse acetate-forming acetogens comprises the most energetically efficient pathway, requires the least number of reactions, and converts CO<SUB>2</SUB> to formate and then into acetyl-CoA. Despite two genes encoding glycine synthase being well-conserved in WLP gene clusters, the functional role of glycine synthase under autotrophic growth conditions has remained uncertain. Here, using the reconstructed genome-scale metabolic model <I>i</I>SL771 based on the completed genome sequence, transcriptomics, <SUP>13</SUP>C isotope-based metabolite-tracing experiments, biochemical assays, and heterologous expression of the pathway in another acetogen, we discovered that the WLP and the glycine synthase pathway are functionally interconnected to fix CO<SUB>2</SUB>, subsequently converting CO<SUB>2</SUB> into acetyl-CoA, acetyl-phosphate, and serine. Moreover, the functional cooperation of the pathways enhances CO<SUB>2</SUB> consumption and cellular growth rates via bypassing reducing power required reactions for cellular metabolism during autotrophic growth of acetogens.</P>
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