Heterodimeric Non-heme Iron Enzymes in Fungal Meroterpenoid Biosynthesis

化学 羟基化 异源表达 生物合成 生物化学 血红素 基因簇 突变 立体化学 加氧酶 基因 突变体 重组DNA
作者
Xinyang Li,Takayoshi Awakawa,Takeo Mori,Meiqi Ling,Dan Hu,Bin Wu,Ikuro Abe
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (50): 21425-21432 被引量:20
标识
DOI:10.1021/jacs.1c11548
摘要

Talaromyolides (1-6) are a group of unusual 6/6/6/6/6/6 hexacyclic meroterpenoids with (3R)-6-hydroxymellein and 4,5-seco-drimane substructures, isolated from the marine fungus Talaromyces purpureogenus. We have identified the biosynthetic gene cluster tlxA-J by heterologous expression in Aspergillus, in vitro enzyme assays, and CRISPR-Cas9-based gene inactivation. Remarkably, the heterodimer of non-heme iron (NHI) enzymes, TlxJ-TlxI, catalyzes three steps of oxidation including a key reaction, hydroxylation at C-5 and C-9 of 12, the intermediate with 3-ketohydroxydrimane scaffold, to facilitate a retro-aldol reaction, leading to the construction of the 4,5-secodrimane skeleton and characteristic ketal scaffold of 1-6. The products of TlxJ-TlxI, 1 and 4, were further hydroxylated at C-4'β by another NHI heterodimer, TlxA-TlxC, and acetylated by TlxB to yield the final products, 3 and 6. The X-ray structural analysis coupled with site-directed mutagenesis provided insights into the heterodimer TlxJ-TlxI formation and its catalysis. This is the first report to show that two NHI proteins form a heterodimer for catalysis and utilizes a novel methodology to create functional oxygenase structures in secondary metabolite biosynthesis.
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