Endowing homodimeric carbamoyltransferase GdmN with iterative functions through structural characterization and mechanistic studies.
Endowing homodimeric carbamoyltransferase GdmN with iterative functions through structural characterization and mechanistic studies.
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DOI：
10.1038/s41467-022-34387-2
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发表时间：
2022-11-03
影响因子：
16.6
通讯作者：
Bai L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wei J;Zhang X;Zhou Y;Cheng X;Lin Z;Tang M;Zheng J;Wang B;Kang Q;Bai L
迭代酶，催化顺序反应，有潜力提高原子经济性和多样性的工业酶的过程。将一步酶重新设计为迭代生物催化剂可以进一步增强这些过程。氨基甲酰转移酶（CTases）催化氨基甲酰化，是许多具有药物应用的次生代谢产物生物活性的重要修饰。为了生成一个迭代的CTase，我们确定了GdmN的x射线结构，GdmN是一个参与安纳霉素生物合成的一步CTase。GdmN通过不寻常的c端结构域形成面对面的同型二聚体，这是一种以前未知的CTases的功能形式。GdmN与多种中间体络合的结构测定阐明了氨基甲酰化过程，并在一个宽敞的底物结合口袋中识别了关键的结合残基。进一步的结构和计算分析使多位点酶工程成为可能，从而产生具有连续7-O和3-O氨基甲酰化能力的迭代cta酶。我们的发现揭示了CTase家族的一个亚支，并举例说明了蛋白质工程在产生迭代酶方面的潜力。氨基甲酰转移酶是一类催化初级和次级代谢产物氨基甲酰化的酶。在这里，作者展示了氨苄霉素修饰氨苄转移酶GdmN的分子结构，并将该酶重新用于氨苄霉素的迭代氨苄化。
Iterative enzymes, which catalyze sequential reactions, have the potential to improve the atom economy and diversity of industrial enzymatic processes. Redesigning one-step enzymes to be iterative biocatalysts could further enhance these processes. Carbamoyltransferases (CTases) catalyze carbamoylation, an important modification for the bioactivity of many secondary metabolites with pharmaceutical applications. To generate an iterative CTase, we determine the X-ray structure of GdmN, a one-step CTase involved in ansamycin biosynthesis. GdmN forms a face-to-face homodimer through unusual C-terminal domains, a previously unknown functional form for CTases. Structural determination of GdmN complexed with multiple intermediates elucidates the carbamoylation process and identifies key binding residues within a spacious substrate-binding pocket. Further structural and computational analyses enable multi-site enzyme engineering, resulting in an iterative CTase with the capacity for successive 7-O and 3-O carbamoylations. Our findings reveal a subclade of the CTase family and exemplify the potential of protein engineering for generating iterative enzymes. Carbamoyltransferases are a class of enzymes catalyzing carbamoylation of primary and secondary metabolites. Here, the authors show the molecular structure of the ansamycin-modifying carbamoyltransferase GdmN and repurpose the enzyme for the iterative carbamoylation of ansamitocins.
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影响因子：
21.8
作者：
Dodani SC;Kiss G;Cahn JK;Su Y;Pande VS;Arnold FH
通讯作者：
Arnold FH
影响因子：
12.9
作者：
Huang, Qun;Zhang, Xuan;Wang, Jian-bo
通讯作者：
Wang, Jian-bo
影响因子：
3
作者：
Grimme, S
通讯作者：
Grimme, S
DOI：
10.1107/s0907444909052925
发表时间：
2010-02
期刊：
Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography
影响因子：
--
作者：
Adams PD;Afonine PV;Bunkóczi G;Chen VB;Davis IW;Echols N;Headd JJ;Hung LW;Kapral GJ;Grosse-Kunstleve RW;McCoy AJ;Moriarty NW;Oeffner R;Read RJ;Richardson DC;Richardson JS;Terwilliger TC;Zwart PH
通讯作者：
Zwart PH
影响因子：
4.4
作者：
JORGENSEN, WL;CHANDRASEKHAR, J;KLEIN, ML
通讯作者：
KLEIN, ML