Molecular and Computational Bases for Spirofuranone Formation in Setosusin Biosynthesis

化学 聚酮 立体化学 生物合成 部分 米曲霉 基因簇 聚酮合酶 突变 细胞色素P450 生物化学 基因 突变体
作者
Xingxing Wei,Taro Matsuyama,Hajime Sato,Dexiu Yan,Pui Man Chan,Kazunori Miyamoto,Masanobu Uchiyama,Yudai Matsuda
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (42): 17708-17715 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08336
摘要

The 3(2H)-furanone unit is observed in many biologically active natural products, as represented by the antifungal medication griseofulvin. Setosusin (1) is a fungal meroditerpenoid featuring a unique spiro-fused 3(2H)-furanone moiety; however, the biosynthetic basis for spirofuranone formation has not been investigated since its isolation. Therefore, in this study we identified the biosynthetic gene cluster of 1 in the fungus Aspergillus duricaulis CBS 481.65 and elucidated its biosynthetic pathway by heterologous reconstitution of related enzyme activities in Aspergillus oryzae. To understand the reaction mechanism to afford spirofuranone, we subsequently performed a series of in vivo and in vitro isotope-incorporation experiments and theoretical calculations. The results indicated that SetF, the cytochrome P450 enzyme that is critical for spirofuranone synthesis, not only performs the epoxidation of the polyketide portion of the substrate but also facilitates the protonation-initiated structural rearrangement to yield 1. Finally, a mutagenesis experiment using SetF identified Lys303 as one of the potential catalytic residues that are important for spirofuranone synthesis.

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