Антимицин синтезі: Streptomyces бактерияларындағы метаболизм және гендік механизмдер

Кіріспе

Антимициндер Streptomyces бактериялары – топырақ бактериялары – екіншілік метаболиттер ретінде өндіріледі. Бұл арнайы метаболиттердің қызметі көрші организмдерді өлтіру арқылы Streptomyces бактерияларына бәсекелестік артықшылық беру болып табылуы мүмкін.

Биосинтез

Антимициндер антимицин өндірісі үшін құрастыру желісі ретінде әрекет ететін рибосомалық емес пептид синтетаза (NRPS) / поликетид синтетаза (PKS) құрастыру кешені арқылы өндіріледі. Бұл жиынтықты *ant* гендері отбасы генетикалық кодтайды. Құрастыру үшін 14 ақуыз қажет, AntBCDEFGHIJKLMNO, олар аралық заттарды құрастыру желісі бойынша трансэстерлеу, кеторедукция, тиолация (көкөрт құрайтын топтың қосылуы), конденсация және аденолиция сериясы арқылы тасымалдайды. AntB және AntO-ға қатысты соңғы екі қадам – бұл түзету қадамдары. Келесі қадамдар Антимицин синтезі үшін Ant ферменттерінің химиялық әрекеттерін сипаттайды. Синтез триптофаннан басталады, ол аминқышқылы. 1. Триптофанның индол сақинасы, аминқышқылы, триптофанға тән 2,3-диоксигеназа AntN арқылы ашылып, N-формил-L-кинюренинге айналады. 2. N-формил-L-кинюренин спецификалық кинюрениназа AntP арқылы антранилатқа айналады. 3. Антранилат ацил-CoA лигазасы AntF арқылы белсендіріліп, одан әрі өңдеу үшін оның туысқан тасымалдаушы ақуызына AntG жүктеледі. 4. Антранилат көпкомпонентті оксигеназа AntHIJKL арқылы 3-аминосалицилатқа айналады. 5. 3-Аминосалицилат NRPS, AntC-ге ұсынылады. AntC-де конденсация1 (C1), аденолиция1 (A1), тиолация1 (T1), конденсация2 (C2), аденолиция2 (A2), кеторедукция (KR), тиолация2 (T2) болып ұйымдастырылған екі модуль бар. A1 домені треонин аминқышқылын белсендіріп T1-ге жүктейді, содан кейін C1 3-аминосалицилат пен треониннің конденсациясын ынталандырады. A2 домені пируватты белсендіріп T2-ге жүктейді. Пируват KR доменімен тотықтырылып, C2 арқылы треонинмен конденсацияланады. 6. PKS-тің кетосинтаза домені AntC T2 доменіне қосылған аминоацил тиоэстер мен AntD ацетил тасымалдаушы ақуыз доменіне қосылған 2-карбоксиацил фрагменті арасындағы декарбоксилденуші конденсацияны катализдейді. 7. AntM β-кето тобының тотығуын катализдейді, бұл AntD TE доменімен шақырылған тоғыз мүшелі дилактонның бөлінуіне әкеледі. 8. Липаза гомологы AntO және ацилтрансфераза гомологы AntB N-формил тобын орнатуды және C-8 гидроксил тобының трансэстерлеуін катализдейді, нәтижесінде Антимицин отбасының негізгі құрылымы пайда болады.

Antimycins are produced by a non ribosomal peptide synthetase (NRPS)/polyketide synthase (PKS) assembly complex which acts as an assembly line for antimycin production. The assembly is genetically coded for by the ant gene family. The assembly requires 14 proteins, AntBCDEFGHIJKLMNO, which shuttle the intermediates along the assembly line through a series of transesterifications, keto reductions, thiolations (addition of a sulfur containing group), condensations, and adenylations. The last two steps involving AntB and AntO are tailoring steps. The following steps describe chemically what the Ant Enzymes do in order to synthesize Antimycin. Synthesis begins with tryptophan, an amino acid. 1. The indole ring of tryptophan, an amino acid, is opened by a pathway specific tryptophan 2.3 dioxygnease, AntN, to make N formyl L kynurenine. 2. N formyl L kynurenine is converted to anthranilate by the pathway specific kynureninase, AntP. 3. Anthranilate is activated by the acyl CoA ligase protein, AntF and loaded onto its cognate carrier protein, AntG, for further processing. 4. Anthranilate is converted to 3 aminosalicylate by a multicomponent oxygenase, AntHIJKL. 5. 3 Aminosalicylate is presented to the NRPS, AntC. AntC has two modules which are organized Condensation1 (C1) Adenylation1 (A1) Thiolation1 (T1) Condensation2 (C2) Adenylation2 (A2) Ketoreduction (KR) Thiolation2 (T2). The A1 domain activates and loads threonine, an amino acid, onto T1, followed by a C1 promoted condensation of 3 aminosalicylate and threonine. The A2 domain activates and loads pyruvate onto T2. Pyruvate is reduced by the KR domain and condensed with threonine by C2

6. The Ketosynthase domain of PKS catalyses the decarboxylative condensation between the aminoacyl thioester attached to AntC T2 domain and the 2 carboxy acyl moiety attached to AntD Acetyl Carrier Protein domain. 7. AntM catalyses the reduction of the β keto group, which precedes the AntD TE domain – promoted release of the nine membered dilactone

8. A lipase homologue, AntO, and acyltransferase homologue, AntB, catalyze the installation of the N formyl group and the transesterification of the C 8 hydroxyl group, respectively, resulting in the backbone for the Antimycin family.