Modular Oxime Formation by a trans-AT Polyketide Synthase.
Bacterial Natural Products
Biosynthesis
Oxime
Polyketides
X-Ray Crystallography
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:
21 08 2023
21 08 2023
Historique:
received:
29
03
2023
medline:
18
8
2023
pubmed:
22
5
2023
entrez:
22
5
2023
Statut:
ppublish
Résumé
Modular trans-acyltransferase polyketide synthases (trans-AT PKSs) are enzymatic assembly lines that biosynthesize complex polyketide natural products. Relative to their better studied cis-AT counterparts, the trans-AT PKSs introduce remarkable chemical diversity into their polyketide products. A notable example is the lobatamide A PKS, which incorporates a methylated oxime. Here we demonstrate biochemically that this functionality is installed on-line by an unusual oxygenase-containing bimodule. Furthermore, analysis of the oxygenase crystal structure coupled with site-directed mutagenesis allows us to propose a model for catalysis, as well as identifying key protein-protein interactions that support this chemistry. Overall, our work adds oxime-forming machinery to the biomolecular toolbox available for trans-AT PKS engineering, opening the way to introducing such masked aldehyde functionalities into diverse polyketides.
Identifiants
pubmed: 37216334
doi: 10.1002/anie.202304481
doi:
Substances chimiques
Polyketide Synthases
79956-01-7
Polyketides
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202304481Informations de copyright
© 2023 Wiley-VCH Verlag GmbH.
Références
M. R. Boyd, C. Farina, P. Belfiore, S. Gagliardi, J. W. Kim, Y. Hayakawa, J. A. Beutler, T. C. McKee, B. J. Bowman, E. J. Bowman, J. Pharmacol. Exp. Ther. 2001, 297, 114-120.
K. A. Dekker, R. J. Aiello, H. Hirai, T. Inagaki, T. Sakakibara, Y. Suzuki, J. F. Thompson, Y. Yamauchi, N. Kojima, J. Antibiot. 1998, 51, 14-20;
K. L. Erickson, J. A. Beutler, J. H. Cardellina, M. R. Boyd, J. Org. Chem. 2001, 66, 1532-1532;
K. L. Erickson, J. A. Beutler, J. H. Cardellina, M. R. Boyd, J. Org. Chem. 1997, 62, 8188-8192;
D. L. Galinis, T. C. McKee, L. K. Pannell, J. H. Cardellina, M. R. Boyd, J. Org. Chem. 1997, 62, 8968-8969;
B. Kunze, R. Jansen, F. Sasse, G. Höfle, H. Reichenbach, J. Antibiot. 1998, 51, 1075-1080;
B. Kunze, H. Steinmetz, G. Höfle, M. Huss, H. Wieczorek, H. Reichenbach, J. Antibiot. 2006, 59, 664-668;
Y. Hayakawa, T. Tomikawa, K. Shin-ya, N. Arao, K. Nagai, K. Suzuki, K. Furihata, J. Antibiot. 2003, 56, 905-908;
J. W. Kim, K. Shin-ya, K. Furihata, Y. Hayakawa, H. Seto, J. Org. Chem. 1999, 64, 153-155;
K. Suzumura, I. Takahashi, H. Matsumoto, K. Nagai, B. Setiawan, R. M. Rantiatmodjo, K. Suzuki, N. Nagano, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 7573-7576.
M. Huss, H. Wieczorek, J. Exp. Biol. 2009, 212, 341-346.
R. Ueoka, R. A. Meoded, A. Gran-Scheuch, A. Bhushan, M. W. Fraaije, J. Piel, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11698-11698;
R. Ueoka, R. A. Meoded, A. Gran-Scheuch, A. Bhushan, M. W. Fraaije, J. Piel, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7761-7765.
S. P. Niehs, B. Dose, S. Richter, S. J. Pidot, H. M. Dahse, T. P. Stinear, C. Hertweck, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7766-7771.
M. A. Fischbach, C. T. Walsh, Chem. Rev. 2006, 106, 3468-3496;
C. Hertweck, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4688-716;
J. Piel, Nat. Prod. Rep. 2010, 27, 996-1047.
E. J. N. Helfrich, J. Piel, Nat. Prod. Rep. 2016, 33, 231-316.
D. E. Cane, C. T. Walsh, Chem. Biol. 1999, 6, R319-R325;
H. Wang, D. P. Fewer, L. Holm, L. Rouhiainen, K. Sivonen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, 9259-9264.
E. J. N. Helfrich, R. Ueoka, M. G. Chevrette, F. Hemmerling, X. W. Lu, S. Leopold-Messer, H. A. Minas, A. Y. Burch, S. E. Lindow, J. Piel, M. H. Medema, Nat. Commun. 2021, 12, 1422-1436;
A. T. Keatinge-Clay, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4658-4660;
F. Hemmerling, R. A. Meoded, A. E. Fraley, H. A. Minas, C. L. Dieterich, M. Rust, R. Ueoka, K. Jensen, E. J. N. Helfrich, C. Bergande, M. Biedermann, N. Magnus, B. Piechulla, J. Piel, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116614.
T. Nguyen, K. Ishida, H. Jenke-Kodama, E. Dittmann, C. Gurgui, T. Hochmuth, S. Taudien, M. Platzer, C. Hertweck, J. Piel, Nat. Biotechnol. 2008, 26, 225-233;
E. J. N. Helfrich, R. Ueoka, A. Dolev, M. Rust, R. A. Meoded, A. Bhushan, G. Califano, R. Costa, M. Gugger, C. Steinbeck, P. Moreno, J. Piel, Nat. Chem. Biol. 2019, 15, 813-821.
M. Pérez-Sayáns, J. M. Somoza-Martín, F. Barros-Angueira, J. M. G. Rey, A. García-García, Cancer Treat. Rev. 2009, 35, 707-713.
H. Büttner, S. P. Niehs, K. Vandelannoote, Z. Cseresnyes, B. Dose, I. Richter, R. Gerst, M. T. Figge, T. P. Stinear, S. J. Pidot, C. Hertweck, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2021, 118, e2110669118.
R. D. Süssmuth, A. Mainz, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3770-3821.
M. Röttig, M. H. Medema, K. Blin, T. Weber, C. Rausch, O. Kohlbacher, Nucleic Acids Res. 2011, 39, W362-W367.
K. Blin, S. Shaw, A. M. Kloosterman, Z. Charlop-Powers, G. P. van Wezel, M. H. Medema, T. Weber, Nucleic Acids Res. 2021, 49, W29-W35.
J. Franke, C. Hertweck, Cell Chem. Biol. 2016, 23, 1179-1192;
S. Yue, J. S. Duncan, Y. Yamamoto, C. R. Hutchinson, J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1253-1255;
D. E. Cane, C. C. Yang, J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1255-1257;
D. E. Ehmann, J. W. Trauger, T. Stachelhaus, C. T. Walsh, Chem. Biol. 2000, 7, 765-772.
D. Holtmann, F. Hollmann, ChemBioChem 2016, 17, 1391-1398;
S. Eswaramoorthy, J. B. Bonanno, S. K. Burley, S. Swaminathan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 9832-9837;
E. Romero, M. Fedkenheuer, S. W. Chocklett, J. Qi, M. Oppenheimer, P. Sobrado, Biochim. Biophys. Acta Proteins Proteomics 2012, 1824, 850-857.
V. Massey, J. Biol. Chem. 1994, 269, 22459-22462.
P. W. Riddles, R. L. Blakeley, B. Zerner, Methods Enzymol. 1983, 91, 49-60.
M. Boero, T. Ikeshoji, C. C. Liew, K. Terakura, M. Parrinello, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6280-6286.
L. E. N. Quadri, P. H. Weinreb, M. Lei, M. M. Nakano, P. Zuber, C. T. Walsh, Biochemistry 1998, 37, 1585-1595;
B. A. Pfeifer, S. J. Admiraal, H. Gramajo, D. E. Cane, C. Khosla, Science 2001, 291, 1790-1792.
K. Belecki, C. A. Townsend, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14339-14348.
M. G. J. Baud, T. Leiser, P. Haus, S. Samlal, A. C. Wong, R. J. Wood, V. Petrucci, M. Gunaratnam, S. M. Hughes, L. Buluwela, F. Turlais, S. Neidle, F. J. Meyer-Almes, A. J. P. White, M. J. Fuchter, J. Med. Chem. 2012, 55, 1731-1750.
C. Kohlhaas, M. Jenner, A. Kampa, G. S. Briggs, J. P. Afonso, J. Piel, N. J. Oldham, Chem. Sci. 2013, 4, 3212-3217.
H. Y. He, M. C. Tang, F. Zhang, G. L. Tang, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4488-4491.
W. L. Kelly, C. A. Townsend, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8186-8187;
O. Sibbesen, B. Koch, B. A. Halkier, B. L. Moller, J. Biol. Chem. 1995, 270, 3506-3511;
B. M. Koch, O. Sibbesen, B. A. Halkier, I. Svendsen, B. L. Moller, Arch. Biochem. Biophys. 1995, 323, 177-186.
Y. G. Zhu, Q. B. Zhang, S. M. Li, Q. H. Lin, P. Fu, G. T. Zhang, H. B. Zhang, R. Shi, W. M. Zhu, C. S. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18750-18753.
A. Becerril, I. Perez-Victoria, S. H. Ye, A. F. Brana, J. Martin, F. Reyes, J. A. Salas, C. Mendez, ACS Chem. Biol. 2020, 15, 1541-1553;
I. Garcia, N. M. Vior, A. F. Brana, J. Gonzalez-Sabin, J. Rohr, F. Moris, C. Mendez, J. A. Salas, Chem. Biol. 2012, 19, 399-413;
I. Garcia, N. M. Vior, J. Gonzalez-Sabin, A. F. Brana, J. Rohr, F. Moris, C. Mendez, J. A. Salas, Chem. Biol. 2013, 20, 1022-1032.
W. J. H. van Berkel, N. M. Kamerbeek, M. W. Fraaije, J. Biotechnol. 2006, 124, 670-689.
L. Holm, Methods Mol. Biol. 2020, 2112, 29-42.
J. Jumper, R. Evans, A. Pritzel, T. Green, M. Figurnov, O. Ronneberger, K. Tunyasuvunakool, R. Bates, A. Zidek, 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.
J. Sucharitakul, M. Prongjit, D. Haltrich, P. Chaiyen, Biochemistry 2008, 47, 8485-8490.
A. Alfieri, E. Malito, R. Orru, M. W. Fraaije, A. Mattevi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 6572-6577.
C. Kubitza, A. Faust, M. Gutt, L. Gath, D. Ober, A. J. Scheidig, Acta Crystallogr. Sect. D 2018, 74, 422-432.
D. P. Ballou, B. Entsch, L. J. Cole, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 338, 590-598;
B. Entsch, L. J. Cole, D. P. Ballou, Arch. Biochem. Biophys. 2005, 433, 297-311.
H. Gaweska, P. F. Fitzpatrick, Biomol. Concepts 2011, 2, 365-377.
R. B. Hamed, J. R. Gomez-Castellanos, L. Henry, C. Ducho, M. A. McDonough, C. J. Schofield, Nat. Prod. Rep. 2013, 30, 21-107.
Y. V. Guillén Schlippe, L. Hedstrom, Arch. Biochem. Biophys. 2005, 433, 266-278.
T. K. Harris, G. J. Turner, IUBMB Life 2002, 53, 85-98.
Y. M. Yan, D. Zhang, P. Zhou, B. T. Li, S. Y. Huang, Nucleic Acids Res. 2017, 45, W365-W373.
C. M. Kao, R. Pieper, D. E. Cane, C. Khosla, Biochemistry 1996, 35, 12363-12368.