The colibactin warhead crosslinks DNA

化学 DNA 人体微生物群 聚酮 小分子 生物化学 DNA测序 计算生物学 基因 生物合成 生物 遗传学 微生物群
作者
Maria I. Vizcaino,Jason M. Crawford
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:7 (5): 411-417 被引量:224
标识
DOI:10.1038/nchem.2221
摘要

Members of the human microbiota are increasingly being correlated to human health and disease states, but the majority of the underlying microbial metabolites that regulate host–microbe interactions remain largely unexplored. Select strains of Escherichia coli present in the human colon have been linked to the initiation of inflammation-induced colorectal cancer through an unknown small-molecule-mediated process. The responsible non-ribosomal peptide–polyketide hybrid pathway encodes ‘colibactin’, which belongs to a largely uncharacterized family of small molecules. Genotoxic small molecules from this pathway that are capable of initiating cancer formation have remained elusive due to their high instability. Guided by metabolomic analyses, here we employ a combination of NMR spectroscopy and bioinformatics-guided isotopic labelling studies to characterize the colibactin warhead, an unprecedented substituted spirobicyclic structure. The warhead crosslinks duplex DNA in vitro, providing direct experimental evidence for colibactin's DNA-damaging activity. The data support unexpected models for both colibactin biosynthesis and its mode of action. Genotoxic small molecules from the bacterial colibactin pathway — a gut-associated non-ribosomal peptide synthetase–polyketide synthase hybrid gene cluster linked to colorectal cancer — have remained elusive due to their instability. Now, one of these, the colibactin warhead, an unprecedented substituted spirobicyclic structure, has been characterized and shown to crosslink duplex DNA in vitro.

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