巨型线性多烯生物合成中的硫酸化和脒基水解

来自马来丝链霉菌DSM4137的克霉素和中间霉素（与来自链霉菌（Streptomyces mediocidicus）的克利霉素一起产生）是几乎相同的巨型线性多烯，显然分别由4-胍基丁酸酯或4-氨基丁酸酯起始单元和27个聚酮化合物增长剂单元构建，并带有在C-29羟基上的特异性O-磺酸盐修饰。我们在这里显示，实际上生物合成不是通过使用不同的起始单元而是通过（脱硫）克霉素的直接后期脱酰胺作用而生物合成的。一个基因（slf编码候选磺基转移酶已经位于两个基因簇中。DSM4137中该基因的缺失仅导致脱磺基谷胱甘肽的积累，而不是脱硫胞霉素和克拉霉素的混合物。中间霉素基因簇不编码脒基水解酶，但当来自S. mediocidicus基因组中其他地方的三个候选脒基水解酶基因在大肠杆菌中单独表达并进行测定时，其中只有一个（medi4948）位于距离中间霉素基因簇670kbp处。在染色体上，催化从去磺基谷胱甘肽中除去脒基。随后克隆medi4948进入DSM4137后，霉菌素A和B分别以氯霉素和脱硫谷氨酰霉素为代价积累，这是一种罕见的情况，其中必需的生物合成基因不与其他途径基因共存。显然，脱硫谷氨酰霉素和克霉素都是该脒基水解酶的底物。此外，在3'-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸盐作为供体的存在下，来自DSM4137的纯化重组磺基转移酶在体外有效地将中间霉素B转化为中间霉素A. 因此，在中间霉素A的最后步骤中，生物合成脱酰胺和磺基转移可以以任何顺序进行。

关键词： 脒基水解酶; clethramycin; mediomycin; 聚酮合酶; 磺

细菌模块化聚酮化合物合成酶（PKS）遵循酶催化的装配线范例，其中每轮链延伸需要不同的酶活性组或模块[1-4]。通过该途径衍生的更显着的天然产物是巨型线性多烯克拉霉素（1a，方案1），最初作为抗真菌剂分离并且作为植物相关的吸水链霉菌菌株的花粉管生长的抑制剂[5]。Clethramycin（与desulfoclethramycin（1b）一起）也是多产菌株Streptomyces malaysiensis DSM4137（以前的Streptomyces violaceusniger）的产物DSM4137）[6]它与Streptomyces mediocidicus ATCC 23936中密切相关的抗真菌药物A（1c）和B（1d，方案1）共同发生[7]。Mediomycins也由Streptomyces blastmyceticus [8]产生。最近报道了来自S. blastmyceticus的mediomycin装配线PKS的基因，编码了所有27个链延伸周期的单独延伸模块[8]。这些系统是基于知识的工程的有吸引力的目标，以产生新的抗真菌化合物。这类聚酮化合物的成员，来自的四氟尿嘧啶Streptomyces neyagawaensis（方案1）是纤维蛋白原受体的有效抑制剂，这表明这种化合物具有更广泛的潜在用途[8,9]。

我们先前已经表明，在巨大的大环抗真菌聚酮化合物（所谓的边缘内酯）的生物合成中，带有末端氨基部分的化合物是通过在该位置带有胍基取代基的前体的特定最终脱酰胺化形成的[10]。本研究的目的是测试相同的“保护基团”策略是否在巨型线性mediomycins的生物合成中起作用。如果是，则中间霉素A形成涉及非常独特的后期加工：O-磺化步骤和脱酰胺步骤。特别是O-磺化是在各种微生物天然产物中看到的罕见且有趣的改性（方案S1，支持信息文件1））包括非糖基化替考拉宁相关抗菌药物A47934 [11]，工程化三取代磺基替宁素糖苷配基G [12]，棘白菌素样FR901379 [13] ; 和硫酸化碳青霉烯MM4550 [14]。已经发现一种特定的脒基水解酶在相应的生物合成基因簇中编码为marginolactone抗生素伯霉素和沙漠霉素[10]，但在报道的S. blastmyceticus中 的中间霉素簇中没有[8]，所以该酶假设负责这一步骤。迄今尚未鉴定出中间霉素生物合成。我们在这里介绍med的特征生物合成基因簇，成功鉴定在远离med簇的基因组上编码的特定中间体脒基水解酶，以及这些磺基转移酶和脒基水解酶在生成mediomycins中所起作用的遗传和生物化学证据。