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β-氨基酸选择性氨酰化酶 HitB 控制的哈茨木霉素类似物的突变生物合成。

Mutational Biosynthesis of Hitachimycin Analogs Controlled by the β-Amino Acid-Selective Adenylation Enzyme HitB.

机构信息

Department of Chemistry, Tokyo Institute of Technology, 2-12-1 Meguro-ku, O-okayama, Tokyo 152-8551, Japan.

Faculty of Pharmacy, Kindai University, 3-4-1 Kowakae, Higashi-Osaka, Osaka 577-8502, Japan.

出版信息

ACS Chem Biol. 2021 Mar 19;16(3):539-547. doi: 10.1021/acschembio.1c00003. Epub 2021 Feb 24.

DOI:10.1021/acschembio.1c00003
PMID:33625847
Abstract

Hitachimycin is a macrolactam antibiotic with an ()-β-phenylalanine (β-Phe) at the starter position of its polyketide skeleton. ()-β-Phe is formed from l-α-phenylalanine by the phenylananine-2,3-aminomutase HitA in the hitachimycin biosynthetic pathway. In this study, we produced new hitachimycin analogs via mutasynthesis by feeding various ()-β-Phe analogs to a Δ strain. We obtained six hitachimycin analogs with F at the , , or position and Cl, Br, or a CH group at the position of the phenyl moiety, as well as two hitachimycin analogs with thienyl substitutions. Furthermore, we carried out a biochemical and structural analysis of HitB, a β-amino acid-selective adenylation enzyme that introduces ()-β-Phe into the hitachimycin biosynthetic pathway. The values of the incorporated ()-β-Phe analogs and natural ()-β-Phe were similar. However, the values of unincorporated ()-β-Phe analogs with Br and a CH group at the or position of the phenyl moiety were high, indicating that HitB functions as a gatekeeper to select macrolactam starter units during mutasynthesis. The crystal structure of HitB in complex with ()-β-3-Br-phenylalanine sulfamoyladenosine (β--Br-Phe-SA) revealed that the bulky Br group is accommodated by the conformational flexibility around Phe328, whose side chain is close to the position. The aromatic group of β--Br-Phe-SA is surrounded by hydrophobic and aromatic residues, which appears to confer the conformational flexibility that enables HitB to accommodate the -substituted ()-β-Phe. The new hitachimycin analogs exhibited different levels of biological activity in HeLa cells and multidrug-sensitive budding yeast, suggesting that they may target different molecules.

摘要

威他霉素是一种大环内酯类抗生素,其聚酮骨架的起始位置有()-β-苯丙氨酸(β-Phe)。()-β-Phe 是由苯丙氨酸-2,3-氨基转移酶 HitA 在威他霉素生物合成途径中从 l-α-苯丙氨酸形成的。在这项研究中,我们通过突变合成法向 Δ 菌株中添加各种()-β-Phe 类似物来生产新的威他霉素类似物。我们获得了六种威他霉素类似物,其 F 位于 、 或 位,苯基部分的 位有 Cl、Br 或 CH 基团,以及两种带有噻吩取代基的威他霉素类似物。此外,我们还对将()-β-Phe 引入威他霉素生物合成途径的 β-氨基酸选择性氨酰化酶 HitB 进行了生化和结构分析。结合的()-β-Phe 类似物和天然()-β-Phe 的 值相似。然而,带有 Br 和苯基部分的 或 位上有 CH 基团的未结合的()-β-Phe 类似物的 值较高,表明 HitB 在突变合成中作为一个门控因子来选择大环内酯类起始单元。HitB 与()-β-3-Br-苯丙氨酸磺酰胺腺苷(β--Br-Phe-SA)复合物的晶体结构表明,大体积的 Br 基团被 Phe328 周围的构象灵活性容纳,其侧链靠近 位。β--Br-Phe-SA 的芳基基团被疏水性和芳族残基包围,这似乎赋予了 HitB 构象灵活性,使其能够容纳取代的()-β-Phe。新的威他霉素类似物在 HeLa 细胞和多药敏感的芽殖酵母中表现出不同水平的生物活性,表明它们可能针对不同的分子。

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