Family of β-Propeller Diels–Alderases Directs cis -Decalin Formation in Polyketide Biosynthesis

聚酮 化学 立体化学 生物合成 基因组 基因 生物化学 脚手架 计算生物学 氨基酸 结构母题 基因簇 聚酮合酶 突变 蛋白质结构 细菌 质粒 分子内力 细菌基因组大小 肽序列 遗传学 蛋白质家族 水平基因转移 序列比对
作者
Er Juan Zhao,Qing Yan Ling,Xiu Xiu,Shuang He Liu,Ao Zhu,Zhang Yuan Yan,Hong Jie Zhu,Zhen Peng Mai,Yasuhiro Igarashi,Rui Hua Jiao,Bo Zhang,Hui Ming Ge
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c12942
摘要

Abstract Decalin-forming Diels–Alderases (pericyclases) exemplify how Nature repeatedly recruits unrelated protein folds to control [4 + 2] cycloadditions, yet exo-selective intramolecular Diels–Alder (IMDA) reactions that yield cis-fused decalins remain rare and poorly understood. Here, we uncover a previously unrecognized bacterial pericyclase family that enforces an exo-IMDA trajectory in polyketide assembly. Using alchivemycin A, a macrocyclic antibacterial polyketide whose scaffold is defined by a highly functionalized cis-decalin core, we identify AvmG as the dedicated decalin-forming enzyme. Disruption of avmG diverts pathway flux to trans-decalin shunt isomers consistent with spontaneous, endo-biased cyclization that cannot be processed by the downstream macrocyclase, whereas AvmG enables formation of the authentic cis-decalin intermediate. AvmG is unrelated to known [4 + 2] cyclases and adopts an integrin α N-terminal domain-like β-propeller architecture, revealing an unexpected scaffold for pericyclic stereocontrol. Genome mining shows that AvmG-like proteins are widespread and enriched in actinomycete polyketide gene clusters; characterization of the lydicamycin homolog LymR establishes conserved exo-IMDA activity in a distinct pathway. Structural and mutational analyses implicate a loop-defined catalytic cavity in steering the kinetically demanding cis-decalin outcome. Together, these findings expand the fold and mechanistic diversity of Diels–Alderases, define an exo-selective β-propeller pericyclase superfamily, and provide a new handle for mining and bioengineering cis-decalin biosynthetic pathways.
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