A unique mechanism involving cocatalysis of enzyme and nonenzyme to form β-carboline and spirotryprostatins in Aspergillus fumigatus

机制(生物学) 生物合成 吲哚试验 异源表达 天然产物 化学 生物化学 代谢物 斑马鱼 计算生物学 立体化学 生物 异源的 基因 催化作用 代谢途径 组合化学 新陈代谢 甲基转移酶
作者
Hai Gao,Deng Yu,Qiao Luo,Yanan Wang,Ling Lu,Weiming Zhu,Yi Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (41): eadz2319-eadz2319
标识
DOI:10.1126/sciadv.adz2319
摘要

Environmental stress represents an effective strategy for discovering natural products from microorganisms, but the processes involved remain unclear. Under acidic conditions, a previously unidentified class of β-carbolines (βCs), termed secofumitremorgins (SFs), with potent antiangiogenic activity in zebrafish models was found and identified via nuclear magnetic resonance, Marfey's analysis, and quantum calculations. Using gene knockout, heterologous expression, precursor feeding, isotope tracing, molecular docking, and site-directed mutagenesis, a unique biosynthetic pathway for SFs was characterized, beyond the Pictet-Spenglerase-mediated biosynthetic process. Furthermore, an unreported pH-regulated mechanism was unveiled, where P450 (FtmG) facilitated new fumitremorgin intermediate formation, enabling spontaneous, nonenzymatic generation of βCs and spirotryprostatins under distinct pH conditions. Notably, this work provides detailed experimental evidence and reaction mechanisms for synergistic enzymatic and nonenzymatic catalysis driving metabolite diversification under pH stress. The findings expand biosynthetic paradigms for indole alkaloids and highlight the therapeutic potential of pH-elicited βCs, advancing strategies for natural product discovery.
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