Úloha F420H2-závislých reduktas v biosyntéze bioaktivních mikrobiálních metabolitů inkorporujících 4-alkyl-L-prolinový derivát

Abstract

Protinádorové pyrrolobenzodiazepiny (PBD), linkosamidová antibiotika, bakteriální signální molekula hormaomycin a protituberkulózní griselimycin jsou strukturně i funkčně diverzifikovaná skupina aktinobakteriálních metabolitů, jejichž společným strukturním znakem je inkorporace 4-alkyl-L-prolinového derivátu (APD) vznikajícího specializovanou biosyntetickou dráhou z L-tyrosinu či L-leucinu. APD dráhy se účastní sada až šesti homologních proteinů, dle jejich předpokládaného pořadí v biosyntéze modelového APD, 4-propyl-L-prolinu (APD linkosamidu linkomycinu), byly označeny jako Apd1 - Apd6. Tato práce cílí na objasnění funkce Apd6 proteinů katalyzujících poslední předpokládaný krok specializované APD dráhy, F420H2-závislou redukci. Heterologní nadprodukcí a in vitro testováním šesti Apd6 homologů bylo demonstrováno, že Apd6 z biosyntézy PBD a hormaomycinu jsou schopné v přítomnosti F420H2 redukovat pouze endocyklickou iminovou vazbu 4-substituované Δ1 -pyrrolin- 2-karboxylové kyseliny. Na druhou stranu Apd6 LmbY z biosyntézy linkomycinu a částečně GriH z biosyntézy griselimycinu redukují také více inertní exocyklickou dvojnou vazbu stejného substrátu. V tomto kontextu se LmbY a GriH reduktasy vyznačují dosud nepopsanou aktivitou, která má navíc biologickou relevanci, neboť přispívá k rozmanitosti...

Antitumor pyrrolobenzodiazepines (PBDs), lincosamide antibiotics, quorum sensing molecule hormaomycin, and antituberculotic griselimycin are structurally and functionally diverse groups of actinobacterial metabolites. The common feature of these compounds is the incorporation of L-tyrosine- or L-leucine-derived 4-alkyl-L-proline derivatives (APDs) in their structures. APD biosynthesis involves a set of up to six homologous proteins. According to their proposed order in the biosynthesis of 4-propyl-L-proline, a model APD of lincosamide lincomycin, the homologous proteins were named Apd1 - Apd6. Here, we report that the last reaction in the biosynthetic pathway of APDs, catalyzed by F420H2-dependent Apd6 reductases, contributes to the structural diversity of APD precursors. Specifically, the heterologous overproduction and in vitro tests of six Apd6 enzymes demonstrated that Apd6 from the biosynthesis of PBDs and hormaomycin can reduce only an endocyclic imine double bond, whereas Apd6 LmbY and partially GriH from the biosyntheses of lincomycin and griselimycin, respectively, also reduce the more inert exocyclic double bond of the same 4-substituted Δ1 -pyrroline-2-carboxylic acid substrate, making LmbY and GriH unusual, if not unique, among reductases. The two successive F420H2-dependent reduction...