Deciphering Tryptophan Oxygenation: Key Modulators of 2‐Oxindole Formation in MarE

化学 立体化学 色氨酸 奥西多尔 反应性(心理学) 活动站点 加氧酶 变构调节 吲哚试验 合理设计 生物化学 催化作用 氨基酸 生物 遗传学 医学 替代医学 病理
作者
Romie C. Nguyen,Inchul Shin,Aimin Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202510848
摘要

MarE, a heme‐dependent aromatic oxygenase with a histidyl axial ligated, catalyzes the monooxygention of β‐methyl‐L‐tryptophan, to form a 2‐oxindole scaffold central to maremycin biosynthesis. Although structurally similar to tryptophan 2,3‐dioxygenase (TDO), which initiates L‐tryptophan catabolism via dioxygenation, MarE exhibits distinct reactivity modulated by ascorbate. While ascorbate has no effect on TDO, it promotes selective monooxygenation by MarE. In its absence, MarE favors dioxygenation and formation of furoindoline‐like products, revealing a latent catalytic versatility. Active‐site loop sequences differ between the two enzymes, SLGGR in MarE versus GTGGS in TDO, prompting loop‐swapping experiments to probe structure‐function relationships. Substituting GTGGS in TDO with MarE‐like sequences (GTGGA or SLGGS) shifted reactivity toward monooxygenation and formation of C3‐hydroxylated, non‐oxindole products that underwent further cyclization into three‐ring structures. Conversely, replacing SLGGR in MarE with GTGGS in enhanced C2,C3‐dioxygenation nearly 4‐fold. These results underscore the active‐site loop as a key determinant of oxidation outcome in addition to ascorbate. demonstrating the critical role of the active site loop in oxidation site preference. By revealing the true catalytic identity of MarE and delineating the roles of small‐molecule effectors and loop architecture, this study advances mechanistic understanding and predictive capabilities within the oxygenase superfamily.
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