Biosynthesis of 4-Acyl-5-aminoimidazole Alkaloids Featuring a New Friedel–Crafts Acyltransferase

化学 酰基转移酶 立体化学 酰基转移酶 弗里德尔-克拉夫茨反应 酰化 生物合成 白色链霉菌 酰基 丝氨酸 生物化学 链霉菌 催化作用 有机化学 烷基 生物 细菌 遗传学
作者
Yuwei Xia,Guoliang Zhu,Xingwang Zhang,Shengying Li,Lei Du,Weiming Zhu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (48): 26308-26317
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09522
摘要

Friedel-Crafts acylation (FCA) is a highly beneficial approach in organic chemistry for creating the important C-C bonds that are necessary for building intricate frameworks between aromatic substrates and an acyl group. However, there are few reports about enzyme catalyzed FCA reactions. In this study, 4-acyl-5-aminoimidazole alkaloids (AAIAs), streptimidazoles A-C (1-3), and the enantiopure (+)-nocarimidazole C (4) as well as their ribosides, streptimidazolesides A-D (5-8), were identified from the fermentation broth of Streptomyces sp. OUCMDZ-944 or heterologous S. coelicolor M1154 mutant. The biosynthetic gene cluster (smz) was identified, and the biosynthetic pathway of AAIAs was elucidated for the first time. In vivo and in vitro studies proved the catalytic activity of the four essential genes smzB, -C, -E, and -F for AAIAs biosynthesis and clarified the biosynthetic process of the alkaloids. The ligase SmzE activates fatty acyl groups and connects them to the acyl carrier protein (ACP) holo-SmzF. Then, the acyl group is transferred onto the key residue Cys49 of SmzB, a new Friedel-Crafts acyltransferase (FCase). Subsequently, the FCA reaction between the acyl groups and 5-aminoimidazole ribonucleotide (AIR) occurs to generate the key intermediate AAIA-nucleotides catalyzed by SmzB. Finally, the hydrolase SmzC catalyzes the N-glycosidic bond cleavage of the intermediates to form AAIAs. Structural simulation, molecular modeling, and mutational analysis of SmzB showed that Tyr26, Cys49, and Tyr93 are the key catalytic residues in the C-C bond formation of the acyl chain of AAIAs, providing mechanistic insights into the enzymatic FCA reaction.
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