Structural Insights into the Mechanism of a Polyketide Synthase Thiocysteine Lyase Domain

化学 聚酮合酶 裂解酶 机制(生物学) 领域(数学分析) 立体化学 ATP合酶 聚酮 生物化学 生物合成 认识论 数学 数学分析 哲学
作者
Andrew D. Steele,Song Meng,Gengnan Li,Edward Kalkreuter,Changsoo Chang,Ben Shen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (47): 32605-32617 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11656
摘要

Polyketide synthases (PKSs) are renowned for the structural diversity of the polyketide natural products they produce, but sulfur-containing functionalities are rarely installed by PKSs. We previously characterized thiocysteine lyase (SH) domains involved in the biosynthesis of the leinamycin (LNM) family of natural products, exemplified by LnmJ-SH and guangnanmycin (GnmT-SH). Here we report a detailed investigation into the PLP-dependent reaction catalyzed by the SH domains, guided by a 1.8 Å resolution crystal structure of GnmT-SH. A series of elaborate substrate mimics were synthesized to answer specific questions garnered from the crystal structure and from the biosynthetic logic of the LNM family of natural products. Through a combination of bioinformatics, molecular modeling, in vitro assays, and mutagenesis, we have developed a detailed model of acyl carrier protein (ACP)-tethered substrate-SH, and interdomain interactions, that contribute to the observed substrate specificity. Comparison of the GnmT-SH structure with archetypical PLP-dependent enzyme structures revealed how Nature, via evolution, has modified a common protein structural motif to accommodate an ACP-tethered substrate, which is significantly larger than any of those previously characterized. Overall, this study demonstrates how PLP-dependent chemistry can be incorporated into the context of PKS assembly lines and sets the stage for engineering PKSs to produce sulfur-containing polyketides.
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