Genome mining of cyclodipeptide synthases unravels unusual tRNA-dependent diketopiperazine-terpene biosynthetic machinery.
Genome mining of cyclodipeptide synthases unravels unusual tRNA-dependent diketopiperazine-terpene biosynthetic machinery.
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环二肽合酶的基因组挖掘揭示了不寻常的 tRNA 依赖性二酮哌嗪-萜烯生物合成机制
DOI：
10.1038/s41467-018-06411-x
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发表时间：
2018-10-05
影响因子：
16.6
通讯作者：
Li W
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yao T;Liu J;Liu Z;Li T;Li H;Che Q;Zhu T;Li D;Gu Q;Li W
环二肽转移酶（Cyclodipeptide transferases，CDPS）通过从核糖体中劫持氨酰转移RNA（aminoacyl-tRNA），催化两个连续的肽键形成二酮哌嗪（diketopiperazines，DKP）。通过对链霉菌株的基因组挖掘和比较基因组分析，发现了三个含CDPS的位点（dmt 1 -3）。其中，由dmt 1基因座编码的CDPS DmtB 1可合成环（L-Trp-L-Xaa）（Xaa为瓦尔、Pro、Leu、Ile或Ala）。系统的诱变实验证明了构成底物结合口袋P1的残基对于在DmtB 1中掺入第二个aa-tRNA的重要性。dmt 1 -3的表征揭示了CDS依赖性机制参与了CDS合成的DKP形成，随后是异戊二烯化和环化的定制步骤，以提供萜烯化的DKP化合物drimentines。八氢番茄红素合酶样家族异戊二烯基转移酶（DmtC 1）和膜萜环化酶（DmtA 1）是补身藤碱生物合成所必需的。这些结果为进一步增加复杂DKP衍生物的天然多样性奠定了基础。二酮哌嗪衍生物是由两个氨基酸缩合而成的具有生物活性骨架的分子。在这里，Yao等人挖掘了链霉菌菌株的基因组，并确定了用于毒扁豆碱生物合成的新生物合成机制，包括环二肽合酶、异戊二烯基转移酶和萜烯环化酶。
Cyclodipeptide synthases (CDPSs) can catalyze the formation of two successive peptide bonds by hijacking aminoacyl-tRNAs from the ribosomal machinery resulting in diketopiperazines (DKPs). Here, three CDPS-containing loci (dmt1–3) are discovered by genome mining and comparative genome analysis of Streptomyces strains. Among them, CDPS DmtB1, encoded by the gene of dmt1 locus, can synthesize cyclo(L-Trp-L-Xaa) (with Xaa being Val, Pro, Leu, Ile, or Ala). Systematic mutagenesis experiments demonstrate the importance of the residues constituting substrate-binding pocket P1 for the incorporation of the second aa-tRNA in DmtB1. Characterization of dmt1–3 unravels that CDPS-dependent machinery is involved in CDPS-synthesized DKP formation followed by tailoring steps of prenylation and cyclization to afford terpenylated DKP compounds drimentines. A phytoene-synthase-like family prenyltransferase (DmtC1) and a membrane terpene cyclase (DmtA1) are required for drimentines biosynthesis. These results set the foundation for further increasing the natural diversity of complex DKP derivatives. Diketopiperazine derivatives are bioactive molecules with scaffold formed by the condensation of two amino acids. Here, Yao et al. mine the genomes of Streptomyces strains and identify new biosynthetic machinery for drimentines biosynthesis, which includes cyclodipeptide synthase, prenyltransferase, and terpene cyclase.
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DOI：
10.1073/pnas.1019480108
发表时间：
2011-03-08
影响因子：
11.1
作者：
Bonnefond, Luc;Arai, Taiga;Nureki, Osamu
通讯作者：
Nureki, Osamu
影响因子：
2.1
作者：
Ishikawa, J;Hotta, K
通讯作者：
Hotta, K
影响因子：
2.9
作者：
Giessen, Tobias W.;von Tesmar, Alexander M.;Marahiel, Mohamed A.
通讯作者：
Marahiel, Mohamed A.
影响因子：
--
作者：
Giessen, Tobias W.;von Tesmar, Alexander M.;Marahiel, Mohamed A.
通讯作者：
Marahiel, Mohamed A.
影响因子：
1.6
作者：
Kanoh, K;Kohno, S;Uno, I
通讯作者：
Uno, I