L’amidon est un composé permettant le stockage d’énergie et du carbone par les plantes, ce qui en fait un des polysaccharides les plus abondants sur Terre. Malgré nos connaissances sur le métabolisme de l’amidon, le processus d'initiation de la synthèse des grains d’amidon n’est pas décrit. La découverte de l’amidon-synthase 4 (SS4) en tant que protéine principalement impliquée dans le processus d’initiation de l’amidon, a permis de faire de grands progrès dans ce domaine. En effet, cette enzyme est impliquée dans le contrôle du nombre, de la forme et de la taille des grains d’amidon synthétisés dans les chloroplastes.La recherche de facteurs protéiques interagissant avec SS4 a conduit à la découverte d’un nouveau facteur protéique faisant l’objet principal de ce manuscrit. Cette protéine nommée PII1 (protéine impliquée dans l'initiation de l'amidon ; 90KDa) interagit avec SS4 dans le chloroplaste. L’analyse du phénotype amidon associé à son inhibition révèle l'implication de la protéine PII1 dans le mécanisme déterminant le nombre de grains d'amidon dans les feuilles d'Arabidopsis thaliana. Afin d’avoir un aperçu plus global des connexions qui relient les différents facteurs protéiques impliqués dans l’initiation de la synthèse de l’amidon, des lignées doubles mutantes ont été sélectionnées et caractérisées : ss3pii1, ss4pii1 et ss4phs1. Les résultats mettent en évidence le rôle spécifique de PII1 dans l'initiation de l'amidon par rapport aux amidon-synthases. Ils ont également permis de mettre en avant l'implication de la phosphorylase, dans l'initiation de l'amidon dans les tissus non-photosynthétiques. / Most of photosynthetic organisms accumulate starch to store carbon and energy produced during photosynthesis. It is thus one of the most abundant storage polysaccharides on earth. Despite our knowledge of starch granule properties and metabolism, its initiation process remains poorly understood. Great progress in this field has been made through the discovery of the starch synthase 4 (SS4) as a major protein involved in starch priming in Arabidopsis chloroplasts. Indeed, this enzyme controls the number of the starch granules per chloroplast, but also their shape and their size. During my PhD, I focused my research on the analysis of a protein called PII1 (protein involved in starch initiation 90KDa) that interact with SS4 within the chloroplast. This study reveals the involvement of the PII1 protein in the machinery determining starch granules number in Arabidopsis thaliana leaves. Then, I tried to find new clues on the global comprehension of starch initiation. This was achieved by reporting the phenotypic analysis of double mutations including mutation of protein involved in starch initiation: ss3pii1, ss4pii1 and ss4phs1. These results highlight the specific role of PII1 in starch initiation compared to starch synthase. We also found evidence of the implication of phosphorylase PHS1 in starch initiation within non-photosynthetic organs.

Cheuk Lai-Yee. / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references (p. 153-184). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Mode of access: World Wide Web. / Abstracts in English and Chinese.

Lee Tin Lap. / "January 2001." / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references (p. 161-185). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Mode of access: World Wide Web. / Abstracts in English and Chinese.

L'activité des NO-synthases (NOS), unique source de monoxyde d'azote (NO) chez les mammifères, s'inscrit dans des processus de signalisation (régulation de la pression artérielle, communication neuronale) et de cytotoxicité (réponse immunitaire non spécifique). Pour rendre compte de cette dualité physiologique, une partition de leur cycle catalytique a été proposée : une voie produirait du NO (signalisation), et une autre conduirait à la formation de peroxynitrite (ONOOH, PN), molécule hautement oxydante aujourd'hui associée à de nombreuses pathologies. Cependant le PN doit être activé in vivo pour exercer sa toxicité, réaction qui peut être catalysée par des porphyrines à fer et donc potentiellement par les NOSs. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était d'étudier le devenir du PN synthétisé par les NOSs et d'analyser les paramètres favorisant sa production afin d'expliquer le rôle cytotoxique de l'isoforme inductible et la spécificité physiologique de chaque isoforme. Tout d'abord, nous avons étudié l'interaction des NOSs avec PN. Nous avons mis en évidence par une analyse cinétique que quelles soient les conditions expérimentales, le PN synthétisé au site actif de l'enzyme n'était pas libéré mais pris en charge par l'hème pour former d'autres oxydes d'azote. Nous avons proposé un mécanisme en plusieurs étapes pour cette réaction, qui mène à l'isomérisation ou à l'activation du PN suivant que le pH est alcalin ou acide. Dans le cas d'une activation du PN, nous avons observé un intermédiaire pour NOS avec un maximum d'absorption autour de 443 nm qui pourrait correspondre à un complexe oxoferryl, FeIV=O, et qui serait formé par rupture homolytique de la liaison O-O du complexe NOS-PN [FeIII-OONO] avec libération concomitante d'un radical •NO2. Des études comparatives de réactivité du système {NOS + PN} pour les différentes isoformes ont montré que la paire {FeIV=O...•NO2} conduit soit à l'augmentation des processus d'oxydation à un électron et de nitration de composés extérieurs, soit à la détoxication partielle ou totale du PN. La balance entre ces deux voies (toxicité versus détoxication) semble dépendre de la capacité des différentes isoformes à libérer ou à piéger les radicaux •NO2. Ainsi la diversité de réaction entre NOS et PN (génération ou extinction d'un stress oxydant) pourrait rendre compte de la spécificité physiologique des différentes isoformes. Ensuite, nous nous sommes intéressés à caractériser les paramètres physico-chimiques qui peuvent contrôler la production de PN par les NOSs ou l'oxydation du complexe FeII-NO. Dans un premier temps nous avons développé une nouvelle méthodologie de spectroélectrochimie, qui devrait permettre la mesure fiable du potentiel redox du couple FeII-NO/FeIII-NO. Nous avons mis en évidence des effets distincts du substrat L-arginine et du co-facteur H4B des NOSs sur la stabilisation de la structure en dimère de la protéine. Nous avons également démontré que l'utilisation de l'analogue H2B du co-facteur naturel ne peut être utilisé en tant que mime pour des expériences de réactivité puisqu'il n'assure pas cette structuration. Dans un deuxième temps nous avons étudié les propriétés structurales et électroniques des complexes FeII-NO par spectroscopie RPE classique et à impulsions. Nous avons mis en évidence l'existence de trois géométries pour les complexes FeII-NO, et avons pu établir une relation d'équilibre thermique entre deux d'entre elles, intrinsèquement contrôlée par l'environnement de l'hème (présence et nature du substrat, type d'isoforme). Ces résultats indiquent que les études structure/fonction des complexes FeII-NO ne doivent pas être menées à basse température pour représenter la réalité physiologique des NOSs. En conclusion, ces travaux représentent la première étude de l'interaction entre le PN et les NOSs et mettent en évidence leur capacité à générer, amplifier ou éteindre un stress oxydant cellulaire. Ils ouvrent des perspectives nouvelles et originales pour la compréhension des paramètres induisant ce stress in vivo, ou contrôlant la spécificité biologique des différentes isoformes. 5

Thioesters are highly reactive centers for acyl-CoAs which allows them to be utilized in a variety of differing enzyme chemistries. As a result of this reactivity, structure-function studies of enzymes using acyl-CoA substrates is difficult. When acyl-CoAs are used in structure-function studies, they often result in a hydrolyzed CoA substrate fragment bound in the active site or require only one of multiple substrates in order to be bound. This results in a lack of information regarding enzyme interactions with the key thioester and acyl chain. To overcome this challenging problem, I have synthesized acetyl- and malonyl-CoA analogs where the thioester has been replaced by an ester (oxygen), amide (nitrogen), or carbonyl (carbon) in a way that is easier, cheaper, and more efficient than performed previously. In addition, we used our synthetic analogs to study a enzymes which span different acyltransferase mechanisms in a combination of kinetics and structure. With this work, it was determined that the amide analogs were stable in all enzymes it was utilized for, while the ester analogs were mostly stable, except the acetyl analog in KasIII, where it acted as a pseudo substrate. As such, these synthetic analogs may have future potential in either type of enzyme for structure-function studies, albeit limited for the acetyl ester analog.

Squalene synthase (EC 2.5.1.2.1; SQS) is located at a branch point in the isoprenoid pathway and catalyzes the condensation of two molecules of farnesyl diphosphate to form squalene. SQS activity contributes to the formation of triterpenes and sterols, including phytosterols, brassinosteroids, cholesterol, and in potato plants, steroidal glycoalkaloids (SGAs). These compounds have diverse functions in the plant. SGAs are defense compounds that deter feeding by potato pests. The wild potato Solanum chacoense accumulates higher amounts of SGAs than cultivated potato and some of its accessions produce leptines, a rare class of SGAs that is toxic to Colorado potato beetle. Unlike most eukaryotes, higher plants have more than one gene coding for SQS. Three sqs gene homologs were isolated from S. chacoense, sqs1Sc, sqs2Sc, and sqs4Sc, that have 74 to 83% identity at the amino acid level. Some of the amino acid differences between sqs isoforms are likely to affect enzyme activity. Each of the three genes contained an intron in the 3'UTR. This feature may have a role in the nonsense-mediated decay of incomplete sqs mRNAs. A partial SQS polypeptide retaining catalytic activity but lacking the membrane anchoring domain could adversely affect a cell with the randomly distributed accumulation of squalene. The mRNA of sqs1Sc and sqs2Sc was detected in all tissues whereas sqs4Sc transcript was limited to bud tissue. The sqs2Sc transcript was less uniformly distributed in the plant than sqs1Sc and accumulated most abundantly in floral tissue. The results demonstrate that the three sqs genes have different patterns of gene expression and encode proteins with different primary structures indicating distinct roles in plant squalene metabolism. / Master of Science

Cette thèse décrit la synthèse de l'asparagine et de la glutamine utilisés pour la biosynthèse des protéines chez Helicobacter pylori. La plupart des acides aminés (aa) sont liés à leur ARNt correspondant par les aminoacyl-ARNt synthétases (aaRS). Ces enzymes sont très spécifiques, et leur fonction est importante pour le décodage correct du code génétique. L'asparaginyl-ARNt synthétase et la glutaminyl-ARNt synthétases (AsnRS et GlnRS) sont l'une ou l'autre, ou les deux absentes de la plupart des bactéries, des archaea, et des organelles. Chez les bactéries et les organelles, des aaRS à double fonction nommées aaRS non-discriminantes (ND) participent avec une aminoacyl-ARNt amidotransférase, la GatCAB, à la formation du glutaminyl-ARNtGln et de l'asparaginyl-ARNtAsn. Les aaRS-ND, soit la glutamyl-ARNt synthétase-ND (ND-GluRS) et l'aspartyl-ARNt synthétase (ND-AspRS), forment l'aminoacyl-ARNt synonyme (Glu avec ARNtGlu) mais lient aussi l'acide aminé à l'ARNt de sa forme amidée (Glu avec ARNtGln). La GatCAB agit ensuite en transamidant le Glu-ARNtGln et l'Asp-ARNtAsn en Gln-ARNtGln et en Asn-ARNtAsn, respectivement. Chez H. pylori, la synthèse du Glu-ARNtGln est faite par une aaRS discriminante spéciale formant seulement le produit mésapparié. Cette GluGlnRS est aussi nommée GluRS2, puisque l'organisme possède une autre GluRS (GluRS1) discriminante formant seulement le Glu-ARNtGlu. La voie indirecte de la formation de l'Asn-ARNtAsn et du Gln-ARNtGln chez H. pylori et ses mécanismes de contrôle contre la mauvaise utilisation des aminoacyl-ARNt mésappariés est décrite. Tout d'abord, les premières évidences d'un channeling de l'Asp-ARNtAsn de l'AspRS-ND vers la GatCAB (Chapitre 3) mettent en scène la coopération entre ces deux enzymes permettant le contrôle de la molécule mésappariée. Une seconde publication montre la formation d'un complexe ternaire formé par la GluRS2, la GatCAB et l'ARNtGln et démontre comment ce complexe en coopération avec un rééchantillonage du substrat par la GluRS2 permettent un décodage plus fiable et plus efficace des codons Gln (Chapitre 5). Une troisième publication confirme la formation d'un complexe par l'AspRS-ND, la GatCAB et l'ARNtAsn (Chapitre 6). Ce complexe, ainsi que l'existence d'un second mode de liaison de l'ARNtAsn à l'AspRS-ND allant à l'encontre des caractéristiques connues de cette famille d'aaRS, augmentent la fidélité du décodage des codons Asn chez H. pylori. Au cours de ces travaux, en collaboration avec le groupe du Prof. Robert Chênevert (co-directeur de la thèse), des composés synthétiques ont été testés pour leur activité inhibitrice contre la GatCAB. Les premiers inhibiteurs de cette enzyme qui sont analogues à l'aa-ARNt, et le développement des méthodes de cette analyse, sont aussi présentés (Chapitres 3 et 4). / This work was focused on the formation of glutamine and asparagine used for protein biosynthesis in Helicobacter pylori. Most amino acids (aa) are linked to their cognate tRNAs by aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS). These enzymes have a high specificity, and their function is key to the proper decoding of mRNA. One or both of the enzymes responsible for the formation of glutaminyl-tRNAGln and asparaginyl-tRNAAsn are absent from most bacteria, archaea, as well as organelles. In bacteria and organelles, dual-function aaRSs dubbed non-discriminating (ND), are used in conjunction with an aminoacyl-tRNA amidotransferase called GatCAB, to form these amidated aminoacyl-tRNAs. ND-AspRS forms the canonical Asp-tRNAAsp, but also Asp-tRNAAsn. Meanwhile, in H. pylori, the task of forming Glu-tRNAGln which is filled by an ND-GluRS in most organisms, is filled by a special, discriminating enzyme forming only the mismatched product. This GluGlnRS has been called GluRS2, the other, Glu-tRNAGlu forming enzyme being called GluRS1. Work is presented describing these two pathways in H. pylori. One publication was the first to provide data suggesting that ND-AspRS could provide Asp-tRNAAsn to GatCAB through substrate channeling (Chapter 3). The second showed formation of a ternary complex formed by GluRS2, GatCAB and tRNAGln, allowing efficient and correct decoding of Gln codons, including resampling of the substrate by GluRS2 (Chapter 5). A third manuscript confirms earlier results by describing the formation of a ternary complex formed by ND-AspRS, GatCAB and tRNAAsn (Chapter 6). This work also furthers our understanding of the kinetics of aminoacylation, by showing that ND-AspRS has two different behaviours, each one consistent with one of the two, evolutionarily unrelated families of aaRSs. Throughout my thesis, collaboration with the group of Prof. Robert Chênevert (co-director of this thesis) sought to design, synthesize and test compounds for inhibitory activity against GatCAB. The first inhibitors which are analogues of the aminoacyl-tRNA substrate for this enzyme, and the development process of the methods used to test them are described in Chapters 3 and 4).

Les NO-synthases sont des flavohémoprotéines responsables de la production de NO• chez les mammifères (mNOS). Elles se composent d’un domaine réductase, qui lie les cofacteurs FMN et FAD et le co-substrat NADPH, et d’un domaine oxygénase qui lie l’hème, le substrat L-arginine et le cofacteur redox essentiel tétrahydrobioptérine H4B. Ces quinze dernières années, plusieurs NOS d’origine bactérienne (bacNOS) ont été caractérisées et il a été montré qu’elles étaient semblables au domaine oxygénase de leurs homologues mammifères. Il existe cependant des différences significatives entre mNOS et bacNOS, la plus importante étant l’absence de domaine réductase chez les NOS d’origine bactérienne. De plus, le(s) mécanisme(s) catalytique(s) de ces dernières ainsi que leur(s) fonction(s) in vivo restent actuellement à déterminer. Plusieurs études publiées montrent que la substitution Val/Ile à proximité du site actif, conservée entre mNOS et bacNOS, est partiellement responsable des différences observées au niveau catalytique entre ces deux groupes. Dans le cadre de cette thèse, j’ai utilisé les spectroscopies d’absorption UV-visible et RPE, ainsi que des techniques de cinétiques rapides comme le stopped-flow et le freeze-quench, pour caractériser les deux mutants complémentaires bsNOS I224V et iNOS V346I afin de mieux comprendre l’influence de cette mutation. J’ai ainsi montré qu’il existait des différences fondamentales entre bacNOS et mNOS qui ne sont pas liées à la substitution Val/Ile et que ces deux familles d’enzymes suivent probablement des mécanismes catalytiques différents pour l’étape d’oxydation du NOHA. Ces résultats sont confirmés par l’étude de la NOS thermostable issue de Geobacillus stearothermophilus. Lorsqu’on s’intéresse au fonctionnement in vivo des bacNOS, se pose également la question de la nature du cofacteur redox puisque de nombreuses bactéries possédant une NOS n’ont pas la machinerie nécessaire à la synthèse de H4B ; c’est par exemple le cas de Deinococcus radiodurans pour qui l’utilisation du tétrahydrofolate H4F a été proposée. J’ai donc étudié et caractérisé deiNOS de manière approfondie en présence de différents cofacteurs afin de mieux comprendre leurs rôles redox et structural. Ceci a notamment permis de proposer un mécanisme catalytique légèrement différent de celui suivi par bsNOS ce qui suggère que ces enzymes pourraient avoir différentes fonctions in vivo. Enfin, la première caractérisation in vitro d’une NOS de plante, issue de l’algue verte unicellulaire Ostreococcus tauri est présentée dans ce manuscrit. Les résultats suggèrent que celle-ci aurait effectivement une activité NO-synthase in vivo. / NO-synthases are flavohemoproteins responsible for NO• production in mammals (mNOS). They are comprised of a reductase domain, that binds FMN, FAD and NADPH, and an oxygenase domain, that binds heme, the substrate L-arginine and the essential redox active tetrahydrobiopterin cofactor H4B. In the last 15 years, several bacterial NOS (bacNOS) have been characterized and shown to resemble the oxygenase domain of their mammalian counterpart. However bacNOS exhibit significant differences from mNOS, the most striking one being the lack of a reductase domain, and their catalytic mechanism(s) and in vivo function(s) are currently poorly understood. Previously published studies suggest that a conserved Val to Ile substitution near the active site is at least partially responsible for the differences in catalysis observed between mNOS and bacNOS. During my PhD I characterized the mutants on this particular position, bsNOS I224V and iNOS V346I, using UV-visible and EPR spectroscopies as well as rapid-kinetic technics such as stopped-flow spectrophotometry and rapid-freeze quench, to better understand the influence of this substitution. This showed that mammalian and bacterial enzymes are fundamentally different and probably follow different mechanisms for NOHA oxidation. Results from studying the thermostable NOS from Geobacillus stearothermophilus further confirm these observations. Another important issue regarding bacNOS functioning in vivo concerns the nature of the redox active cofactor since many NOS-containing bacteria do not have the machinery for H4B biosynthesis; this is for instance the case of Deinococcus radiodurans for which the use of tetrahydrofolate H4F has been proposed. I therefore performed an extensive characterization of deiNOS in the presence of various cofactors to better understand their redox and structural roles. This allowed proposing a slightly different mechanism for deiNOS, compared to bsNOS, suggesting different function(s) in vivo. Finally, the first in vitro characterization of a plant NOS from the unicellular green alga Ostreococcus tauri is reported in this manuscript. The results suggest that this NOS-like protein is indeed a genuine NO-synthase.

Les dicétopipérazines (DKP : diketopiperazines) sont une classe de produits naturels largement utilisée en médecine. Chez les organismes producteurs, elles peuvent servir de facteurs de virulence, de molécules de signalisation ou encore être impliquées dans la concurrence entre (micro-)organismes ou la défense contre les prédateurs, mais souvent leur rôle est inconnu. Elles peuvent être synthétisées par deux voies de biosynthèse principales : soit par des voies dépendant de synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS: Non Ribosomal Peptide Synthetase), des complexes enzymatiques de grande taille utilisant comme substrats les acides aminés protéinogènes ou non, soit par des voies dépendant des cyclodipeptide synthases (CDPS), de petites enzymes utilisant comme substrats des ARNt chargés. Je me suis intéressé à ce deuxième type de voie de biosynthèse. J’ai d’abord participé à une étude visant à caractériser la diversité des CDPS et des DKP synthétisées par ces enzymes. Ce travail a permis d’élargir le champ des CDPS caractérisées expérimentalement, de démontrer l’incorporation par ces enzymes de 17 acides aminés dans des DKP et de poser les bases de la prédiction des DKP synthétisées grâce à l’identification dans la séquence protéique des CDPS de motifs de résidus responsables de la sélection du substrat. J’ai ensuite étudié chez Streptomyces venezuelae un cluster de gènes homologues à des gènes essentiels impliqués chez Mycobacterium tuberculosis dans la biosynthèse d’une dicétopipérazine. J’ai enfin identifié chez Streptomyces aizunensis les gènes dirigeant la biosynthèse de la bicyclomycine, un antibiotique de la famille des DKP utilisé en médecine. Je présente la caractérisation complète de la voie de biosynthèse de la bicyclomycine. Cette biosynthèse fait intervenir une CDPS, cinq dioxygénases dépendantes du fer et du 2-oxoglutarate et une monooxygénase de la famille des cytochromes P450. C’est la voie la plus complexe dépendante de CDPS jamais décrite, la seule contenant plusieurs enzymes d’oxydoréduction et la première voie de biosynthèse d’une molécule utilisée en médecine dépendante d’une CDPS. / Diketopiperazines (DKP) are a class of natural products widely used in medicine. In producer organisms, they may act as virulence factors, signaling molecules or may be involved in competition between (micro-) organisms or defense against predators, but often their role is unknown. They can be synthesized by two main biosynthetic pathways: either by non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) dependent pathways, NRPSs being large enzyme complexes using proteinogenic or non-proteinogenic amino acids as substrates, or by Cyclodipeptide synthases (CDPS), small enzymes using loaded tRNAs as substrates. I was interested in this second type of biosynthetic pathway. I first participated in a study having as a goal to characterize the diversity of CDPSs and DKPs synthesized by these enzymes. This work enabled to widen the field of experimentally characterized CDPSs, to demonstrate the incorporation by these enzymes of 17 amino acids in DKPs and to lay the bases for the prediction of the DKPs synthesized thanks to the identification in the protein sequence of CDPSs of residue patterns responsible for substrate selection. I then studied in Streptomyces venezuelae a cluster of genes homologous to essential genes involved in Mycobacterium tuberculosis in the biosynthesis of a diketopiperazine. I finally identified in Streptomyces aizunensis the genes directing the biosynthesis of bicyclomycin, an antibiotic of the DKP family used in medicine. I present the complete characterization of the bicyclomycin biosynthetic pathway. This biosynthesis involves a CDPS, five iron-2-oxoglutarate-dependent dioxygenases and a cytochrome P450 monooxygenase. It is the most complex CDPS-dependent pathway ever described, the only one containing several redox enzymes and the first CDPS-dependent biosynthetic pathway for a molecule used in medicine.

Master of Science / Department of Chemistry / Ping Li / Biodegradable polyhydroxybutyrates (PHBs) produced by a wide range of bacteria have been considered as an ideal alternative to petroleum-based plastics. Two types of mechanistic probes have been synthesized in order to understand the mechanism of PHB synthases (PhaCs). The first type is oxo analogs in which the sulfur in the coenzyme A (CoA) thioester has been replaced with an oxygen atom. A series of 3-R-hydroxybutyryl oxo CoA analogs, (HB)[subscript]nOCoA (n = 1, 2 and 3), were synthesized chemoenzymatically in good yields. Two models involving covalent catalysis with Cys have been proposed for the chain elongation catalyzed by PhaCs. The first involves an active site composed of two monomers in which the growing hydroxybutyrate (HB) chain alternates between Cys on each monomer. The second involves noncovalent intermediates (HB)[subscript]nCoA (n ≥ 2). Here the substrate analog HBOCoA was successfully employed to trap the noncovalent intermediates in the reactions catalyzed by class III PhaC from Allochromatium Vinosum, which supports our preferred second mechanistic model. Furthermore, it is also the first time that a wild-type (wt) synthase was used to investigate the chain elongation models. The other type of mechanistic probes is 3-R-hydroxyalkyl CoA that was used to investigate the substrate specificity of PhaCs from different classes. Substrate availability has been a challenge to study PHB synthases in vitro. Starting with commercially available dimethyl S-malate, the intermediate S-ethyl 2-(oxiran-2-yl) acetate 23 was synthesized via a ring-opening reaction involving lactone 21 and trimethylsilyl iodide followed by an oxidation reaction involving silver oxide. The regiospecific ring-opening reaction of epoxide 23 with different organometallic reagents afforded a straightforward access to ethyl 3-R-hydroxybutanoates attached with a variety of side chains. The final CoA compounds were obtained through the thiotransesterification reaction between corresponding benzenethioesters and the thiol group in CoA. This synthetic approach provides a new avenue to modifications of alkyl groups in 3-R-hydroxyalkyl CoA in an efficient manner.