Biosynthesegencluster für Sestermobaraene – Entdeckung einer Geranylfarnesyldiphosphatsynthase und einer Multiprodukt‐Sesterterpensynthase aus Streptomyces mobaraensis

Abstract

Ein Biosynthesegencluster aus Streptomyces mobaraensis wurde identifiziert, das die ersten Beispiele einer bakteriellen Geranylfarnesyldiphosphatsynthase und einer Typ I Sesterterpensynthase kodiert. Die Strukturen von sieben durch diese Enzyme produzierten Sesterterpene einschließlich ihrer absoluten Konfigurationen wurden aufgeklärt. Der Enzymmechanismus der Sesterterpensynthase wurde durch extensive Isotopenmarkierungsexperimente untersucht. Abbildung 1. Bakterielle Sesterterpene und die pilzliche Verbindung Ophiobolin F (5).

Mechanistic Characterisation and Engineering of Sesterviolene Synthase from Streptomyces violens

“…Biosynthetically, 2 can directly arise from D by deprotonation, while 3 requires a 1,2‐hydride shift from J and deprotonation, and 4 can be formed from J by two sequential 1,2‐ or a single 1,3‐hydride shift and deprotonation (Scheme S4). The formation of 5 and 6 must proceed with transannular proton or hydride shifts, similar to the reactions observed previously with the sestermobaraene synthase SmTS1 [8b] . Compound 7 is the C18 epimer of 6 , pointing to a slightly changed conformational fold of GFPP in the initial cyclisations.…”

Mechanistische Charakterisierung und Engineering der Sesterviolen‐Synthase aus Streptomyces violens

“…Der Cyclisierungsmechanismus zu 1 wurde experimentell durch Isotopenmarkierungsexperimente untersucht (Tabelle S3). Dazu wurden alle 25 Isotopomere von ( 13 C 1 )GFPP, enzymatisch mit GFPPS aus S. mobaraensis [8b] aus entsprechend markierten kürzeren Terpenvorstufen generiert, mit SvSS in 1 überführt, wobei die 13 C‐Markierung in allen Fällen an den erwarteten Positionen eingebaut wurde (Abbildung S12). Insbesondere stimmten die erhaltenen Daten mit der Gerüstumlagerung von I zu J mit Spaltung der Bindung zwischen C‐11 und C‐12 überein und zeigten eine hohe Seitenselektivität für die 1,5‐Hydridverschiebung von C‐12 zu C‐19 in der Umwandlung von A zu B , was durch die Tatsache angezeigt wird, dass die Markierung von C‐20 und C‐21 nicht über die beiden geminalen Me‐Gruppen im Produkt verteilt war.…”

“…Biosynthetisch kann 2 direkt aus D durch Deprotonierung entstehen, während 3 eine 1,2‐Hydridverschiebung von J und Deprotonierung erfordert und 4 aus J durch zwei aufeinanderfolgende 1,2‐ oder eine einzelne 1,3‐Hydridverschiebung und Deprotonierung gebildet werden kann (Schema S4). Die Bildung von 5 und 6 muss mit transannularen Protonen‐ oder Hydridverschiebungen ablaufen, ähnlich den Reaktionen, die zuvor mit der Sestermobaraen‐Synthase SmTS1 beobachtet wurden [8b] . Verbindung 7 ist das C‐18‐Epimer von 6 , was auf eine leicht veränderte Konformationsfaltung von GFPP in den anfänglichen Zyklisierungen hinweist.…”

“…Die Behandlung mit m CPBA verursachte ähnliche Reaktionen, aber die Epoxidierung an C‐14/C‐18 erfolgte von der gegenüberliegenden Seite und führte zu weiteren Oxidationen. Ähnlich wie die Sestermobaraen‐Synthase aus S. mobaraensis ist SvSS genetisch mit einer Prenyltransferase geclustert, die wahrscheinlich für die GFPP‐Biosynthese verantwortlich ist und zu 49 % mit der charakterisierten GFPPS aus S. mobaraensis identisch ist [8b] . Allerdings wird in der Nähe des Gens für SvSS kein Cytochrom P450 kodiert was für eine biosynthetische Oxidation von 1 verantwortlich sein könnte.…”

Mechanistic Characterisation of Collinodiene Synthase, a Diterpene Synthase from Streptomyces collinus

“…[6][7][8] The rapid developments in genome sequencing technologies have resulted in the identification of TSs in various organisms including bacteria, [1] fungi, [9] plants, [10] social amobae, [11,12] insects, [13] octocorals, [14,15] and red algae. [16,17] For type I enzymes not only mono-and sesquiterpene synthases have been described, but more recently also several diterpene synthases, [18,19] sesterterpene synthases [20][21][22][23] and even triterpene synthases [24] have been reported. For the first characterised bacterial type I diterpene synthase (DTS), cyclooctat-9-en-7-ol synthase (CotB2) from Streptomyces melanosporofaciens, [25] the gene is clustered with genes for the GGPP synthase (GGPPS) CotB1 and for two cytochromes P450, CotB3 and CotB4, that convert cyclooctat-9-en-7-ol (1) via cyclooctat-9-en-5,7-diol (2) into the lysophospholipase inhibitor [26] cyclooctatin (3) (Scheme 1).…”