Structural Insight into the Reaction Mechanism of Ketosynthase-Like Decarboxylase in a Loading Module of Modular Polyketide Synthases

脱羧 聚酮 立体化学 聚酮合酶 化学 残留物(化学) 裂解酶 酰基载体蛋白 生物合成 生物化学 活动站点 催化作用
作者
Taichi Chisuga,Akira Nagai,Akimasa Miyanaga,Ena Goto,Kosuke Kishikawa,Fumitaka Kudo,Tadashi Eguchi
出处
期刊:ACS Chemical Biology [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 198-206 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acschembio.1c00856
摘要

Ketosynthase-like decarboxylase (KSQ) domains are widely distributed in the loading modules of modular polyketide synthases (PKSs) and are proposed to catalyze the decarboxylation of a malonyl or methylmalonyl unit for the construction of the PKS starter unit. KSQ domains have high sequence similarity to ketosynthase (KS) domains, which catalyze transacylation and decarboxylative condensation in polyketide and fatty acid biosynthesis, except that the catalytic Cys residue of KS domains is replaced by Gln in KSQ domains. Here, we present biochemical analyses of GfsA KSQ and CmiP4 KSQ, which are involved in the biosynthesis of FD-891 and cremimycin, respectively. In vitro analysis showed that these KSQ domains catalyze the decarboxylation of malonyl and methylmalonyl units. Furthermore, we determined the crystal structure of GfsA KSQ in complex with a malonyl thioester substrate analogue, which enabled identification of key amino acid residues involved in the decarboxylation reaction. The importance of these residues was confirmed by mutational analysis. On the basis of these findings, we propose a mechanism of the decarboxylation reaction catalyzed by GfsA KSQ. GfsA KSQ initiates decarboxylation by fixing the substrate in a suitable conformation for decarboxylation. The formation of enolate upon decarboxylation is assisted by two conserved threonine residues. Comparison of the structure of GfsA KSQ with those of KS domains suggests that the Gln residue in the active site of the KSQ domain mimics the acylated Cys residue in the active site of KS domains.
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