Creating enzymes and self-sufficient cells for biosynthesis of the non-natural cofactor nicotinamide cytosine dinucleotide.
Creating enzymes and self-sufficient cells for biosynthesis of the non-natural cofactor nicotinamide cytosine dinucleotide.
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创建用于生物合成非天然辅因子烟酰胺胞嘧啶二核苷酸的酶和自给自足的细胞
DOI：
10.1038/s41467-021-22357-z
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发表时间：
2021-04-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhao ZK
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang X;Feng Y;Guo X;Wang Q;Ning S;Li Q;Wang J;Wang L;Zhao ZK
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）及其还原形式是生命中不可缺少的辅助因子。已经开发了多种NAD模拟物用于化学和生物科学中的应用。烟酰胺胞嘧啶二核苷酸（NCD）已成为一种非天然的辅助因子，介导氧化还原转化，而细胞与化学合成的NCD喂养。在这里，我们创建NCD合成酶（NcdS）通过重新编程烟酸单核苷酸（NaMN）腺苷酰转移酶的底物结合口袋，有利于三磷酸胞苷和烟酰胺单核苷酸超过其常规底物ATP和NaMN，分别。在模型宿主大肠杆菌中单独过表达NcdS促进了细胞内NCD的产生，并且在进一步的途径调节后实现了高达5.0 mM的更高的NCD水平。最后，通过介导NCD连接的代谢回路将L-苹果酸转化为D-乳酸，证实了非天然辅因子的自给自足。NcdS与NCD连接的酶一起为化学生物学和合成生物学的有趣研究提供了独特的工具和机会。
Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) and its reduced form are indispensable cofactors in life. Diverse NAD mimics have been developed for applications in chemical and biological sciences. Nicotinamide cytosine dinucleotide (NCD) has emerged as a non-natural cofactor to mediate redox transformations, while cells are fed with chemically synthesized NCD. Here, we create NCD synthetase (NcdS) by reprograming the substrate binding pockets of nicotinic acid mononucleotide (NaMN) adenylyltransferase to favor cytidine triphosphate and nicotinamide mononucleotide over their regular substrates ATP and NaMN, respectively. Overexpression of NcdS alone in the model hostEscherichia colifacilitated intracellular production of NCD, and higher NCD levels up to 5.0 mM were achieved upon further pathway regulation. Finally, the non-natural cofactor self-sufficiency was confirmed by mediating an NCD-linked metabolic circuit to convert L-malate into D-lactate. NcdS together with NCD-linked enzymes offer unique tools and opportunities for intriguing studies in chemical biology and synthetic biology.
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