Creating enzymes and self-sufficient cells for biosynthesis of the non-natural cofactor nicotinamide cytosine dinucleotide

辅因子 烟酰胺单核苷酸 NAD+激酶 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 生物化学 胞嘧啶 烟酰胺 核苷酸回收 化学 核苷酸 生物合成 生物 DNA 基因
作者
Xueying Wang,Yanbin Feng,Xiaojia Guo,Qian Wang,Siyang Ning,Qing Li,Junting Wang,Lei Wang,Zongbao K. Zhao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41467-021-22357-z
摘要

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) and its reduced form are indispensable cofactors in life. Diverse NAD mimics have been developed for applications in chemical and biological sciences. Nicotinamide cytosine dinucleotide (NCD) has emerged as a non-natural cofactor to mediate redox transformations, while cells are fed with chemically synthesized NCD. Here, we create NCD synthetase (NcdS) by reprograming the substrate binding pockets of nicotinic acid mononucleotide (NaMN) adenylyltransferase to favor cytidine triphosphate and nicotinamide mononucleotide over their regular substrates ATP and NaMN, respectively. Overexpression of NcdS alone in the model host Escherichia coli facilitated intracellular production of NCD, and higher NCD levels up to 5.0 mM were achieved upon further pathway regulation. Finally, the non-natural cofactor self-sufficiency was confirmed by mediating an NCD-linked metabolic circuit to convert L-malate into D-lactate. NcdS together with NCD-linked enzymes offer unique tools and opportunities for intriguing studies in chemical biology and synthetic biology.

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