Discovery of the Lanthipeptide Curvocidin and Structural Insights into its Trifunctional Synthetase CuvL.
Enzymes
Lanthipeptide Synthetase
Lanthipeptides
Protein Structures
RIPPs
Journal
Angewandte Chemie (International ed. in English)
ISSN: 1521-3773
Titre abrégé: Angew Chem Int Ed Engl
Pays: Germany
ID NLM: 0370543
Informations de publication
Date de publication:
05 06 2023
05 06 2023
Historique:
received:
03
03
2023
medline:
26
5
2023
pubmed:
5
4
2023
entrez:
4
4
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Lanthipeptides are ribosomally-synthesized natural products from bacteria featuring stable thioether-crosslinks and various bioactivities. Herein, we report on a new clade of tricyclic class-IV lanthipeptides with curvocidin from Thermomonospora curvata as its first representative. We obtained crystal structures of the corresponding lanthipeptide synthetase CuvL that showed a circular arrangement of its kinase, lyase and cyclase domains, forming a central reaction chamber for the iterative substrate processing involving nine catalytic steps. The combination of experimental data and artificial intelligence-based structural models identified the N-terminal subdomain of the kinase domain as the primary site of substrate recruitment. The ribosomal precursor peptide of curvocidin employs an amphipathic α-helix in its leader region as an anchor to CuvL, while its substrate core shuttles within the central reaction chamber. Our study thus reveals general principles of domain organization and substrate recruitment of class-IV and class-III lanthipeptide synthetases.
Identifiants
pubmed: 37014271
doi: 10.1002/anie.202302490
doi:
Substances chimiques
Ligases
EC 6.-
Peptides
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202302490Informations de copyright
© 2023 The Authors. Angewandte Chemie International Edition published by Wiley-VCH GmbH.
Références
G. A. Hudson, D. A. Mitchell, Curr. Opin. Microbiol. 2018, 45, 61-69;
V. Wiebach, A. Mainz, M.-A. J. Siegert, N. A. Jungmann, G. Lesquame, S. Tirat, A. Dreux-Zigha, J. Aszodi, D. Le Beller, R. D. Süssmuth, Nat. Chem. Biol. 2018, 14, 652-654.
G. Férir, M. I. Petrova, G. Andrei, D. Huskens, B. Hoorelbeke, R. Snoeck, J. Vanderleyden, J. Balzarini, S. Bartoschek, M. Brönstrup, R. D. Süssmuth, D. Schols, PLoS One 2013, 8, e64010.
S. Kodani, M. E. Hudson, M. C. Durrant, M. J. Buttner, J. R. Nodwell, J. M. Willey, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 11448-11453.
K. Meindl, T. Schmiederer, K. Schneider, A. Reicke, D. Butz, S. Keller, H. Gühring, L. Vértesy, J. Wink, H. Hoffmann, M. Brönstrup, G. M. Sheldrick, R. D. Süssmuth, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1151-1154.
T. Dang, R. D. Süssmuth, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 1566-1576.
L. M. Repka, J. R. Chekan, S. K. Nair, W. A. van der Donk, Chem. Rev. 2017, 117, 5457-5520.
M. A. Ortega, Y. Hao, Q. Zhang, M. C. Walker, W. A. van der Donk, S. K. Nair, Nature 2015, 517, 509-512.
J. D. Hegemann, R. D. Süssmuth, RSC Chem. Biol. 2020, 1, 110-127;
Y. Goto, A. Ökesli, W. A. van der Donk, Biochemistry 2011, 50, 891-898.
Q. Zhang, Y. Yu, J. E. Vélasquez, W. A. van der Donk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 18361-18366.
P. G. Arnison, M. J. Bibb, G. Bierbaum, A. A. Bowers, T. S. Bugni, G. Bulaj, J. A. Camarero, D. J. Campopiano, G. L. Challis, J. Clardy, P. D. Cotter, D. J. Craik, M. Dawson, E. Dittmann, S. Donadio, P. C. Dorrestein, K.-D. Entian, M. A. Fischbach, J. S. Garavelli, U. Göransson, C. W. Gruber, D. H. Haft, T. K. Hemscheidt, C. Hertweck, C. Hill, A. R. Horswill, M. Jaspars, W. L. Kelly, J. P. Klinman, O. P. Kuipers, A. J. Link, W. Liu, M. A. Marahiel, D. A. Mitchell, G. N. Moll, B. S. Moore, R. Müller, S. K. Nair, I. F. Nes, G. E. Norris, B. M. Olivera, H. Onaka, M. L. Patchett, J. Piel, M. J. T. Reaney, S. Rebuffat, R. P. Ross, H.-G. Sahl, E. W. Schmidt, M. E. Selsted, K. Severinov, B. Shen, K. Sivonen, L. Smith, T. Stein, R. D. Süssmuth, J. R. Tagg, G.-L. Tang, A. W. Truman, J. C. Vederas, C. T. Walsh, J. D. Walton, S. C. Wenzel, J. M. Willey, W. A. van der Donk, Nat. Prod. Rep. 2013, 30, 108-160;
H. Liang, I. J. Lopez, M. Sánchez-Hidalgo, O. Genilloud, W. A. van der Donk, ACS Chem. Biol. 2022, 17, 2519-2527.
B. Li, W. A. Van der Donk, J. Biol. Chem. 2007, 282, 21169-21175.
S.-H. Dong, W. Tang, T. Lukk, Y. Yu, S. K. Nair, W. A. Van der Donk, eLife 2015, 4, e07607.
B. Krawczyk, G. H. Völler, J. Völler, P. Ensle, R. D. Süssmuth, ChemBioChem 2012, 13, 2065-2071.
Y. Goto, B. Li, J. Claesen, Y. Shi, M. J. Bibb, W. A. Van der Donk, PLoS Biol. 2010, 8, e1000339.
D. Iftime, M. Jasyk, A. Kulik, J. F. Imhoff, E. Stegmann, W. Wohlleben, R. D. Süssmuth, T. Weber, ChemBioChem 2015, 16, 2615-2623.
J. D. Hegemann, W. A. van der Donk, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5743-5754.
H. Ren, C. Shi, I. R. Bothwell, W. A. van der Donk, H. Zhao, ACS Chem. Biol. 2020, 15, 1642-1649.
Z.-F. Pei, L. Zhu, R. Sarksian, W. A. van der Donk, S. K. Nair, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 17549-17557.
B. J. Burkhart, G. A. Hudson, K. L. Dunbar, D. A. Mitchell, Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 564-570.
I. R. Rahman, J. Z. Acedo, X. R. Liu, L. Zhu, J. Arrington, M. L. Gross, W. A. van der Donk, ACS Chem. Biol. 2020, 15, 1473-1486.
S. Huang, Y. Wang, C. Cai, X. Xiao, S. Liu, Y. Ma, X. Xie, Y. Liang, H. Chen, J. Zhu, J. D. Hegemann, H. Yao, W. Wei, H. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202211382;
J. D. Hegemann, L. Shi, M. L. Gross, W. A. van der Donk, ACS Chem. Biol. 2019, 14, 1583-1592.
J. R. Chekan, C. Ongpipattanakul, S. K. Nair, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116, 24049-24055.
V. Wiebach, A. Mainz, R. Schnegotzki, M.-A. J. Siegert, M. Hügelland, N. Pliszka, R. D. Süssmuth, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 16777-16785.
B. Krawczyk, P. Ensle, W. M. Müller, R. D. Süssmuth, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9922-9925;
W. M. Müller, T. Schmiederer, P. Ensle, R. D. Süssmuth, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2436-2440;
N. A. Jungmann, B. Krawczyk, M. Tietzmann, P. Ensle, R. D. Süssmuth, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15222-15228.
A. Henssen, Arch. Mikrobiol. 1957, 26, 373-414.
A. J. van Heel, A. De Jong, C. Song, J. H. Viel, J. Kok, O. P. Kuipers, Nucleic Acids Res. 2018, 46, W278-W281.
Y. Tanaka, T. Hosaka, K. Ochi, J. Antibiot. 2010, 63, 477-481;
D. Rehder, Metallomics 2015, 7, 730-742.
S. Chen, B. Xu, E. Chen, J. Wang, J. Lu, S. Donadio, H. Ge, H. Wang, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116, 2533-2538.
D. A. Widdick, H. M. Dodd, P. Barraille, J. White, T. H. Stein, K. F. Chater, M. J. Gasson, M. J. Bibb, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 4316-4321.
F. Hayashi, K. Nagashima, Y. Terui, Y. Kawamura, K. Matsumoto, H. Itazaki, J. Antibiot. 1990, 43, 1421-1430.
D. Fabbro, S. W. Cowan-Jacob, H. Moebitz, Br. J. Pharmacol. 2015, 172, 2675-2700.
H. S. Meharena, X. Fan, L. G. Ahuja, M. M. Keshwani, C. L. McClendon, A. M. Chen, J. A. Adams, S. S. Taylor, PLoS Biol. 2016, 14, e2000127.
J. Jumper, R. Evans, A. Pritzel, T. Green, M. Figurnov, O. Ronneberger, K. Tunyasuvunakool, R. Bates, A. Žídek, A. Potapenko, A. Bridgland, C. Meyer, S. A. A. Kohl, A. J. Ballard, A. Cowie, B. Romera-Paredes, S. Nikolov, R. Jain, J. Adler, T. Back, S. Petersen, D. Reiman, E. Clancy, M. Zielinski, M. Steinegger, M. Pacholska, T. Berghammer, S. Bodenstein, D. Silver, O. Vinyals, A. W. Senior, K. Kavukcuoglu, P. Kohli, D. Hassabis, Nature 2021, 596, 583-589;
R. Evans, M. O'Neill, A. Pritzel, N. Antropova, A. Senior, T. Green, A. Žídek, R. Bates, S. Blackwell, J. Yim, O. Ronneberger, S. Bodenstein, M. Zielinski, A. Bridgland, A. Potapenko, A. Cowie, K. Tunyasuvunakool, R. Jain, E. Clancy, P. Kohli, J. Jumper, D. Hassabis, bioRxiv 2021, https://doi.org/10.1101/2021.10.04.463034 .
M. Xu, F. Zhang, Z. Cheng, G. Bashiri, J. Wang, J. Hong, Y. Wang, L. Xu, X. Chen, S.-X. Huang, S. Lin, Z. Deng, M. Tao, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 18029-18035.
A. A. Adzhubei, M. J. E. Sternberg, A. A. Makarov, J. Mol. Biol. 2013, 425, 2100-2132.
Y. Zhu, H. Li, C. Long, L. Hu, H. Xu, L. Liu, S. Chen, D.-C. Wang, F. Shao, Mol. Cell 2007, 28, 899-913.
H. Li, H. Xu, Y. Zhou, J. Zhang, C. Long, S. Li, S. Chen, J.-M. Zhou, F. Shao, Science 2007, 315, 1000-1003.
C. Ongpipattanakul, S. Liu, Y. Luo, S. K. Nair, W. A. van der Donk, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2023, 120, e2217523120.
J. D. Hegemann, R. D. Süssmuth, ChemBioChem 2021, 22, 3169-3172.
K. A. Uggowitzer, A. R. Q. Shao, Y. Habibi, Q. E. Zhang, C. J. Thibodeaux, Biochemistry 2022, 61, 2118-2130;
Y. Habibi, N. W. Weerasinghe, K. A. Uggowitzer, C. J. Thibodeaux, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 10230-10240.