Characterization and Engineering of the Adenylation Domain of a NRPS-Like Protein: A Potential Biocatalyst for Aldehyde Generation

腺苷酸化 生物催化 表征(材料科学) 化学 催化作用 蛋白质工程 领域(数学分析) 组合化学 生物化学 纳米技术 反应机理 生物合成 材料科学 数学分析 数学
作者
Meng Wang,Huimin Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:4 (4): 1219-1225 被引量:41
标识
DOI:10.1021/cs500039v
摘要

The adenylation (A) domain acts as the first "gate-keeper" to ensure the activation and thioesterification of the correct monomer to nonribosomal peptide synthetases (NRPSs). Our understanding of the specificity-conferring code and our ability to engineer A domains are critical for increasing the chemical diversity of nonribosomal peptides (NRPs). We recently discovered a novel NRPS-like protein (ATEG_03630) that can activate 5-methyl orsellinic acid (5-MOA) and reduce it to 2,4-dihydroxy-5,6-dimethyl benzaldehyde. A NRPS-like protein is much smaller than multidomain NRPSs, but it still represents the thioesterification half-reaction, which is otherwise missed from a stand-alone A domain. Therefore, a NRPS-like protein may serve as a better model system for A domain engineering. Here, we characterize the substrate specificity of ATEG_03630 and conclude that the hydrogen-bond donor at the 4-position is crucial for substrate recognition. Next, we show that the substrate specificity of ATEG_03630 can be engineered toward our target substrate anthranilate via bioinformatics analysis and mutagenesis. The resultant mutant H358A increased its activity toward anthranilate by 10.9-fold, which led to a 26-fold improvement in specificity. Finally, we demonstrate one-pot chemoenzymatic synthesis of 4-hydroxybenzaldoxime from 4-hydroxybenzoic acid with high yield.
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