Bacterial origins of thymidylate metabolism in Asgard archaea and Eukarya - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Nature Communications Année : 2023

Bacterial origins of thymidylate metabolism in Asgard archaea and Eukarya

Origines bactériennes du métabolisme du thymidylate chez les archées Asgard et Eukarya

Résumé

Asgard archaea include the closest known archaeal relatives of eukaryotes. Here, we investigate the evolution and function of Asgard thymidylate synthases and other folate-dependent enzymes required for the biosynthesis of DNA, RNA, amino acids and vitamins, as well as syntrophic amino acid utilization. Phylogenies of Asgard folate-dependent enzymes are consistent with their horizontal transmission from various bacterial groups. We experimentally validate the functionality of thymidylate synthase ThyX of the cultured 'Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum'. The enzyme efficiently uses bacterial-like folates and is inhibited by mycobacterial ThyX inhibitors, even though the majority of experimentally tested archaea are known to use carbon carriers distinct from bacterial folates. Our phylogenetic analyses suggest that the eukaryotic thymidylate synthase, required for de novo DNA synthesis, is not closely related to archaeal enzymes and might have been transferred from bacteria to protoeukaryotes during eukaryogenesis. Altogether, our study suggests that the capacity of eukaryotic cells to duplicate their genetic material is a sum of archaeal (replisome) and bacterial (thymidylate synthase) characteristics. We also propose that recent prevalent lateral gene transfer from bacteria has markedly shaped the metabolism of Asgard archaea.
Les archées Asgard sont les plus proches parents connus des eucaryotes. Nous étudions ici l'évolution et la fonction des thymidylate synthases d'Asgard et d'autres enzymes folate-dépendantes nécessaires à la biosynthèse de l'ADN, de l'ARN, des acides aminés et des vitamines, ainsi que l'utilisation syntrophique des acides aminés. Les phylogénies des enzymes folate-dépendantes d'Asgard sont cohérentes avec leur transmission horizontale à partir de divers groupes bactériens. Nous validons expérimentalement la fonctionnalité de la thymidylate synthase ThyX de la culture 'Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum'. L'enzyme utilise efficacement des folates de type bactérien et est inhibée par les inhibiteurs ThyX mycobactériens, même si la majorité des archées testées expérimentalement sont connues pour utiliser des transporteurs de carbone distincts des folates bactériens. Nos analyses phylogénétiques suggèrent que la thymidylate synthase eucaryote, nécessaire à la synthèse de novo de l'ADN, n'est pas étroitement liée aux enzymes archéales et pourrait avoir été transférée des bactéries aux protoeucaryotes pendant l'eucaryogenèse. Dans l'ensemble, notre étude suggère que la capacité des cellules eucaryotes à dupliquer leur matériel génétique est une somme de caractéristiques archéennes (replisome) et bactériennes (thymidylate synthase). Nous proposons également que le transfert latéral de gènes prévalant récemment à partir de bactéries a façonné de façon marquée le métabolisme des archées asgardes.
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hal-03996793 , version 1 (20-02-2023)

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Identifiants

Citer

Jonathan Filée, Hubert F Becker, Lucille Mellottee, Rima Zein Eddine, Zhihui Li, et al.. Bacterial origins of thymidylate metabolism in Asgard archaea and Eukarya: Evolution of DNA. Nature Communications, 2023, ⟨10.1038/s41467-023-36487-z⟩. ⟨hal-03996793⟩
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