Biosynthesis and processing of legumin-like storage proteins in Lupinus angustifolius (lupin)

Abstract

Synthesis, secretion and post-translational proteolysis of the storage proteins in cotyledons of Lupinus angustifolius L. (lupin) have been examined in vivo and in vitro by using a combination of pulse-chase experiments with [3H]- or [35S]-labelled amino acids, subcellular fractionation and cell-free translation from poly(A)+ (polyadenylylated) RNA or membrane-bound polyribosomes. Related polypeptides were identified by immunoprecipitation, separation on sodium dodecyl sulphate/polyacrylamide gels and fluorography. The synthesis and processing of two proteins were compared. Conglutin alpha, the 11 S protein, was found as a family of precursor polypeptides of Mr 68000-88000 when translated from poly(A)+ RNA under conditions where signal segments were not cleaved, and Mr 64000-85000 both when sequestered into the endoplasmic reticulum and when accumulated in the protein bodies. Pulse-chase labelling showed that cotyledons from early stages of development were completely incapable of further proteolysis of these precursors. Nevertheless, in the same juvenile cotyledons, the precursors of the minor storage protein conglutin gamma, two polypeptides with Mr 50000-51000, were proteolytically cleaved to mature subunits of Mr 32000 and 17000 within 2 h. Further cleavage of the precursors of conglutin alpha into families of mature subunits of Mr 21000-24000 and 42000-62000 was detected in more mature cotyledons. A model is proposed which suggests that the mature subunits are produced by a single proteolytic cleavage of each of the three major precursors of conglutin alpha and also suggests that a close similarity exists between these subunits and those of other legumin-like proteins. The enzyme responsible for this cleavage, which appears at a specific stage in the middle of cotyledonary development, seems to be an integral part of the programmed developmental sequence in these pods.

Biosynthèse des protéines de réserve et formation des corps protéiques dans la graine de lupin jaune (Lupinus luteus L, Légumineuses)

“…Le processus de maturation comporte d'abord l'élimination de la séquence signal, mise en évidence chez le lupin à feuilles étroites et le lupin jaune (Deckert et Gwozdz, 1991) pour les conglutines a, β et y. Les précurseurs subissent ensuite des modifications post-traductionnelles semblables à celles décrites pour les protéines de réserve des légumineuses (Johnson et al, 1985). Ainsi, le précurseur de la conglutine y de 51 kDa chez L angustifolius (Johnson et al, 1985) et L luteus (Deckert et Gwozdz, 1991) et de 45 kDa chez L albus (Citharel et Delamarre, 1989) est graduellement modifié pour aboutir aux polypeptides présents dans la graine mûre. Le précurseur de la conglutine δ2 de L angustifolius subit des modifications post-traductionnelles similaires se traduisant par la perte d'un peptide signal de 22 puis d'un fragment de 13 acides aminés, libérant ainsi les 2 polypeptides de la protéine (Gayler et al, 1990).…”

“…Les protéines de réserve sont déposées dans des organites cellulaires spécialisés, les corps protéiques, dans lesquels sont effectuées les dernières étapes de leur maturation (Johnson et al, 1985). Chez les Légumineuses, les corps protéiques contiennent des globoïdes cristallins inclus dans une matrice de type protéique (Lott et Buttrose, 1978;Lott, 1981 (Sobolev et al, 1976;Mlodzianowski, 1978), chez Cytisus scoparius (Citharel et Citharel, 1985) (Esnault et al, 1991 (1984) qui les ont observés au moyen de la microscopie électronique à transmission.…”

“…Chez les Légumineuses, les corps protéiques contiennent des globoïdes cristallins inclus dans une matrice de type protéique (Lott et Buttrose, 1978;Lott, 1981 (Sobolev et al, 1976;Mlodzianowski, 1978), chez Cytisus scoparius (Citharel et Citharel, 1985) (Esnault et al, 1991 (1984) qui les ont observés au moyen de la microscopie électronique à transmission. Chez le lupin à feuilles étroites, seuls les précurseurs de la conglutine y ont été mis en évidence au stade correspondant (Johnson et al, 1985). La (Duranti et al, 1991;Gayler et al, 1984;Blagrove et al, 1984;Johnson et al, 1985;Gayler et al, 1989 (Gayler et al, 1990).…”

“…Chez le lupin à feuilles étroites, seuls les précurseurs de la conglutine y ont été mis en évidence au stade correspondant (Johnson et al, 1985). La (Duranti et al, 1991;Gayler et al, 1984;Blagrove et al, 1984;Johnson et al, 1985;Gayler et al, 1989 (Gayler et al, 1990). La perte d'une séquence de 13 acides aminés conduit ensuite à la formation des sous-unités de la protéine mature (9 558 et 4 520 Da).…”

The legumin precursor from white lupin seed

“…These homologous but heterogenous subunits [6] are presumably encoded by a multigene family, as is the case for the legumin-like proteins of other seeds [2]. In lupin the 12s oligomers are in equilibrium with a 7s form [5]; hexameric and trimeric structures, respectively, have been proposed for them [S], analogous to other legumin-like proteins.…”