Oleosins, new emulsifiers from plants. Comparison between oil bodies from plants (A. thaliana) and from yeasts (Y. lipolytica)
Les oléosines, de nouveaux émulsifiants d'origine végétale. Comparaison des globules lipidiques extraits de végétaux (A. thaliana) et de levures (Y. lipolytica)
Résumé
Plants submitted to desiccation store lipids in bodies of spherical shapes: oleosoms.
These are composed of a core of triacylglycerols surrounded by a single layer of
phospholipids (PLs) in which are embedded proteins of low molecular weight, mostly
oleosins. These proteins comprise three domains: amphiphilic N- and C- terminal and an
hydrophobic central domain of 72 amino acids very well conserved. Oleosins have a
structural role. Due to their presence, oleosoms do not coalesce even during seed reimbibition
upon germination. Although yeasts have storage organits similar to those of plants,
the protein pattern is very different. We cloned and expressed two isoforms of Arabidopsis
thaliana oleosins in E. coli and Yarrowia lipolytica. Oleosins expressed in yeasts are
addressed to the oil bodies. Furthermore oleosins expressed in bacteria were purified under
denaturing conditions. By experimental and model studies, we postulate an α-helix
organisation of the central domain. Surface tension studies showed that purified recombined
oleosins were inserted at water / oil interfaces and decrease efficiently the interfacial tension
(better than β-casein). They were also inserted in PLs monolayer on water / air interface.
Therefore, plant oleosins have properties of an oil / water emulsifier.
Keywords: oleosin, Arabidopsis thaliana, Yarrowia lipolytica, oil body, emulsifier.
These are composed of a core of triacylglycerols surrounded by a single layer of
phospholipids (PLs) in which are embedded proteins of low molecular weight, mostly
oleosins. These proteins comprise three domains: amphiphilic N- and C- terminal and an
hydrophobic central domain of 72 amino acids very well conserved. Oleosins have a
structural role. Due to their presence, oleosoms do not coalesce even during seed reimbibition
upon germination. Although yeasts have storage organits similar to those of plants,
the protein pattern is very different. We cloned and expressed two isoforms of Arabidopsis
thaliana oleosins in E. coli and Yarrowia lipolytica. Oleosins expressed in yeasts are
addressed to the oil bodies. Furthermore oleosins expressed in bacteria were purified under
denaturing conditions. By experimental and model studies, we postulate an α-helix
organisation of the central domain. Surface tension studies showed that purified recombined
oleosins were inserted at water / oil interfaces and decrease efficiently the interfacial tension
(better than β-casein). They were also inserted in PLs monolayer on water / air interface.
Therefore, plant oleosins have properties of an oil / water emulsifier.
Keywords: oleosin, Arabidopsis thaliana, Yarrowia lipolytica, oil body, emulsifier.
Chez les espèces végétales soumises à dessiccation, les réserves lipidiques des graines sont stockées sous forme de globules, les oléosomes. Ces oléosomes sont composés d'un cœur de triglycérides (TGs), entouré d'une monocouche de phospholipides (PLs) dans laquelle s'insèrent de petites protéines, majoritairement des oléosines. Ces protéines sont constituées de trois domaines : N- et C-terminaux amphiphiles et un segment central hydrophobe de 72 acides aminés très conservé. Les oléosines sont certainement des protéines de structure et par leur présence, les oléosomes ne coalescent pas, même lors de la re-imbibition de la graine au moment de la germination. Bien que les levures présentent des organites de stockage similaires à ceux des végétaux, leur pool protéique est très différent. Nous avons cloné et exprimé deux isoformes d'oléosines d'A. thaliana dans E. coli et dans Y. lipolytica. Les oléosines exprimées chez la levure sont bien dirigées vers le corps lipidique. Par ailleurs, les oléosines exprimées chez la bactérie ont été purifiées à l'homogénéité en conditions dénaturantes. Par des études in silico et in vitro d'oléosine, nous postulons que le segment hydrophobe est organisé en hélices α. Des études de tension de surface ont montré que les oléosines recombinantes purifiées pouvaient s'insérer à des interfaces eau / huile et qu'elles en abaissaient fortement la tension de surface (ceci mieux que des caséines β). Elles peuvent aussi s'insérer dans des monocouches de PLs situées à l'interface eau / air. Les oléosines des végétaux présentent donc bien des caractéristiques d'émulsifiant huile dans eau.