Funkce proteinu LmbW v biosyntéze antibiotika linkomycinu

Abstract

4-Alkyl-L-prolinové deriváty (APD) jsou specializované prekurzory, které jsou zabudovány do struktur nejméně tří skupin jinak zcela odlišných látek: některých pyrrolo-1,4- benzodiazepinů, látek s protinádorovou aktivitou, bakteriálního hormonu hormaomycinu a linkomycinu, klinicky používaného linkosamidového antibiotika. Tyto látky sdílejí biosyntetickou dráhu, která je kódovaná 5 či 6 homologními geny nalezenými v biosyntetických genových shlucích producentů těchto látek. Podobnosti biosyntézy a zároveň rozdílnosti struktur jejich APD by mohly být využity k přípravě hybridního producenta biologicky účinnějšího derivátu linkomycinu. APD prekurzorem linkomycinu je neobvyklá aminokyselina 4-propyl-L-prolin (PPL). Původní představa biosyntetické dráhy PPL není zcela v souladu s dosavadními poznatky, bylo tedy nutné ji revidovat. První dva kroky PPL dráhy jsou funkčně prokázané, prokázání následujícího kroku bylo cílem této práce. Protein LmbW byl nadprodukován a in vitro testováním byla potvrzena jeho methyltransferasová aktivita, která odpovídá jeho sekvenční analýze. LmbW je schopný methylovat přímo meziprodukt druhého kroku biosyntetické dráhy, zatímco dosavadní koncept PPL dráhy předpokládal methylaci až v pozdější fázi biosyntézy. Zajímavé je zjištění, že LmbW je schopný ke svému substrátu připojit i delší...

4-Alkyl-L-proline derivatives (APD) are specialized precursors involved in the biosynthesis of at least three groups of different natural compounds: some pyrrolo-1,4-benzodiazepines with antitumor activity, bacterial hormone hormaomycin and clinically used lincosamide antibiotic lincomycin. These compounds share a biosynthetic pathway encoded by 5 or 6 homologous genes present in the biosynthetic gene clusters of the producing organisms. Similarities in biosynthesis and differences between APD structures of these compounds could be used to prepare a hybrid producing strain of biologically more effective lincomycin derivative. Unusual amino acid 4-propyl-L-proline (PPL) is the APD precursor of lincomycin. The originally proposed scheme of the PPL pathway does not comply with our current knowledge. Therefore, it was necessary to revise this scheme according to new results. The first two steps of the PPL pathway are functionally proved. Probing the next step was the main aim of this work. The protein LmbW was overproduced and its methyltransferase activity was confirmed in vitro. LmbW is able to directly methylate intermediate of second step of the pathway while the originally scheme proposed methylation at a later stage of biosynthesis. LmbW is also able to attach a longer alkyl chain to its substrate. This...