The Biosynthetic Landscape of Triceptides Reveals Radical SAM Enzymes That Catalyze Cyclophane Formation on Tyr- and His-Containing Motifs

环番 化学 立体化学 氨基酸 芳香族氨基酸 生物合成 组合化学 生物化学 分子 有机化学
作者
Ryosuke Sugiyama,Angelica Faith L. Suarez,Yohei Morishita,Thi Quynh Ngoc Nguyen,Yi Wei Tooh,Muhammad Nur Hadi Bin Roslan,Justin Lo Choy,Qi Su,Wei Yang Goh,Gregory A. Gunawan,Fong Tian Wong,Brandon I. Morinaka
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (26): 11580-11593 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00521
摘要

Peptide-derived cyclophanes inhabit a unique niche in the chemical space of macrocyclic peptides with several examples of pharmaceutical importance. Although both synthetic and biocatalytic methods are available for constructing these macrocycles, versatile (bio)catalysts able to incorporate a variety of amino acids that compose the macrocycle would be useful for the creation of diverse peptide cyclophanes. In this report, we synergized the use of bioinformatic tools to map the biosynthetic landscape of radical SAM enzymes (3-CyFEs) that catalyze three-residue cyclophane formation in the biosynthesis of a new family of RiPP natural products, the triceptides. This analysis revealed 3940 (3113 unique) putative precursor sequences predicted to be modified by 3-CyFEs. Several uncharacterized maturase systems were identified that encode unique precursor types. Functional studies were carried out in vivo in Escherichia coli to identify modified precursors containing His and Tyr residues. NMR analysis of the products revealed that Tyr and His can also be incorporated into cyclophane macrocycles by 3-CyFEs. Collectively, all aromatic amino acids can be incorporated by 3-CyFEs, and the cyclophane formation strictly occurs via a C(sp2)-C(sp3) cross-link between the (hetero)aromatic ring to Cβ. In addition to 3-CyFEs, we functionally validated an Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent hydroxylase, resulting in β-hydroxylated residues within the cyclophane rings. This study reveals the potential breadth of triceptide precursors and a systematic approach for studying these enzymes to broaden the diversity of peptide macrocycles.
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