Biosynthesis of hypermodified guanosines

超修饰鸟苷的生物合成

基本信息

  • 批准号:
    7102895
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-03-02 至 2011-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Project Summary. The post-transcriptional processing of transfer RNA (tRNA) involves a number of functionally distinct events essential for tRNA maturation. The phenomenon of nucleoside modification is perhaps the most remarkable of these events, and results in a wealth of structural changes to the canonical nucleosides. Two of the most remarkable modified nucleosides found in tRNA are the 7-deazaguanosine derivatives queuosine and archaeosine, which have putative roles in translation and RNA stabilization, respectively. While evolutionarily related, these nucleosides are segregated within separate Domains; queuosine is ubiquitous among Bacteria and Eukarya, while archaeosine is only present in the Archaea. The 7-deazapurine structure in general is widespread in biology, where it is found in a variety of natural products such as the antitumor antibiotics toyocamycin, sangivamycin, and tubercidin from Streptomyces. The biosynthetic pathways to these deazapurines are poorly understood, a fact that has stymied functional studies. The availability of hundreds of sequenced genomes now allows the identification of genes and pathways using a comparative genomics approach. This approach was used to discover five new enzymes in the de novo biosynthesis of queuosine and archaeosine, and potentially of other 7-deazapurine metabolites. Notably, this pathway is limited to prokaryotes, and some of these newly discovered enzymes appear to catalyze chemistry unprecedented in biology. The long-term objectives of this project are to elucidate the biosynthesis and metabolism of 7-deazapurines in prokaryotes. The specific aims of this proposal are 1) to elucidate the role of these new enzymes in the early steps in the queuosine and archaeosine biosynthetic pathways leading to the formation of the common precursor 7-cyano-7-deazaguanine, 2) to initiate studies into the broader metabolism of these modified nucleosides, and 3) to investigate the mechanism and structure of one of these enzymes, a novel nitrile oxidoreductase. This proposal brings an ensemble of bioinformatic, genetic, biochemical, and chemical approaches to the problem of elucidating the biosynthesis of 7-deazaguanine modified nucleosides. The study of this new pathway and the constituent enzymes will provide unprecedented access to elucidating the biology of 7-deazapurine metabolism and its manipulation. Relevance. The pathway to 7-deazapurines is unique to microorganisms, and many of the constitute enzymes are potentially new antibacterial targets. Furthermore, one of the enzymes is a novel nitrile oxidoreductase that may have applications in industrial biocatalysis.
描述(由申请人提供):项目摘要。转移 RNA (tRNA) 的转录后加工涉及许多对于 tRNA 成熟至关重要的功能不同的事件。核苷修饰现象可能是这些事件中最引人注目的,它导致经典核苷发生大量结构变化。 tRNA 中发现的两种最显着的修饰核苷是 7-脱氮鸟苷衍生物 queuosine 和 archaeosine,它们分别在翻译和 RNA 稳定中具有假定的作用。虽然在进化上相关,但这些核苷被隔离在不同的域中。 queuosine在细菌和真核生物中普遍存在,而archaeosine仅存在于古细菌中。 7-脱氮嘌呤结构一般在生物学中广泛存在,它存在于多种天然产物中,例如抗肿瘤抗生素丰加霉素、桑吉瓦霉素和来自链霉菌的结核菌素。人们对这些脱氮嘌呤的生物合成途径知之甚少,这一事实阻碍了功能研究。现在,数百个已测序基因组的可用性允许使用比较基因组学方法来识别基因和通路。该方法用于发现五种新酶,用于从头生物合成queuosine和archaeosine,以及其他可能的7-脱氮嘌呤代谢物。值得注意的是,该途径仅限于原核生物,并且其中一些新发现的酶似乎能够催化生物学中前所未有的化学反应。该项目的长期目标是阐明原核生物中7-脱氮嘌呤的生物合成和代谢。该提案的具体目标是 1) 阐明这些新酶在导致共同前体 7-氰基-7-脱氮鸟嘌呤形成的奎奥苷和古苷生物合成途径早期步骤中的作用,2) 启动对这些修饰核苷更广泛代谢的研究,以及 3) 研究其中一种酶(一种新型酶)的机制和结构。 腈氧化还原酶。该提案引入了生物信息学、遗传、生物化学和化学方法的集合来解决阐明 7-脱氮鸟嘌呤修饰核苷的生物合成问题。对这一新途径和组成酶的研究将为阐明 7-脱氮嘌呤代谢及其操纵的生物学提供前所未有的途径。关联。 7-脱氮嘌呤的途径是微生物所独有的,许多组成酶是潜在的新抗菌靶点。此外,其中一种酶是一种新型腈氧化还原酶,可能在工业生物催化中具有应用。

项目成果

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