Distinct classes of gut bacterial molybdenum-dependent enzymes produce urolithins

鞣花酸 生物化学 生物 鞣花单宁 代谢物 化学 黄嘌呤氧化酶 肠道菌群 细菌 原儿茶酸 多酚 黄嘌呤脱氢酶 微生物群 代谢组学 地奥司明 基因组
作者
Minwoo Bae,Xueyang Dong,Julián Ávila-Pacheco,Quyen D. Nguyen,Fechi Inyama,Vayu Hill-Maini,Clary B. Clish,Emily P. Balskus
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (52): e2501312122-e2501312122
标识
DOI:10.1073/pnas.2501312122
摘要

Urolithin A is an anti-aging and anti-inflammatory gut bacterial metabolite derived from ellagic acid (EA), a polyphenol abundant in berries and nuts. The conversion of EA to urolithin A involves multiple chemically challenging phenol dehydroxylation steps that produce urolithins with varying bioactivities. Despite their biological and chemical significance, the bacterial enzymes responsible for urolithin production remain largely unidentified. Here, we use differential gene expression analysis, anaerobic protein production, and enzyme assays to identify members of two distinct molybdenum enzyme families (the DMSO reductase family and the xanthine oxidase family) capable of regioselective dehydroxylation and urolithin generation. These two enzyme families have distinct substrate requirements, suggesting they employ different catalytic mechanisms for phenol dehydroxylation. Multiomics analysis of a human cohort uncovers decreased levels of urolithin A and genes encoding urolithin A-producing enzymes in patients with inflammatory bowel disease (IBD), implying reduced health effects of EA consumption in this setting. Together, this study elucidates the molecular basis of urolithin production, expands the known enzymatic repertoire of the human gut microbiome, and suggests a potential link between gut bacterial urolithin production and reduced host inflammation.
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