Erweiterung der Biosynthese von Gamma- Butyrolacton- Signalmolekülen auf Phosphotriester- Naturstoffe
Abstrakt
Bakterielle Hormone, wie der ikonische Gamma- Butyrolacton -A-Faktor, sind essentielle Signalmoleküle, die verschiedene physiologische Prozesse regulieren, einschließlich des spezialisierten Stoffwechsels. Diese Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht sind in Streptomyces- Spezies verbreitet und weisen artspezifische strukturelle Unterschiede auf. Kürzlich wurden ungewöhnliche Gamma- Butyrolacton- Naturstoffe namens Salinipostine aufgrund ihrer Antimalaria- Eigenschaften aus der marinen Actinomyceten -Gattung Salinispora isoliert . Da die Salinipostine ein seltenes Phosphotriester- Motiv unbekannter biosynthetischer Herkunft besitzen, gbl kaufen Wir machten uns daran, seine Konstruktion durch das weithin konservierte 9-Gen spt zu erforschen Operon in Salinispora -Spezies. Wir zeigen durch eine Reihe von In-vivo- und In-vitro- Studien, dass der spt- Gencluster die Salinipostine und die neu identifizierten natürlichen A-Faktor-ähnlichen Gamma- Butyrolactone (Sal-GBLs) doppelt kodiert. Bemerkenswerterweise sind homologe biosynthetische Gencluster unter vielen Actinomyceten -Gattungen, einschließlich Streptomyces , weit verbreitet , was auf die Bedeutung dieses Operons in Bakterien hindeutet.
EINFÜHRUNG
Aktinobakterien sind eine reiche Quelle spezialisierter Metaboliten, die zu lebensrettenden Medikamenten entwickelt wurden. Jüngste Fortschritte bei der Genomsequenzierung und beim Abbau haben gezeigt, dass Actinobakterien ein weitaus größeres Potenzial für die Produktion von Sekundärmetaboliten haben, als bisher angenommen wurde. Dennoch bleibt ein Großteil dieses Potenzials kryptisch, da viele biosynthetische Gene unter normalen Laborinkubationsbedingungen schlecht exprimiert werden. Die Manipulation der Signalmechanismen für die Genexpression kann ein Schlüssel zur Aktivierung der Expression ruhender biosynthetischer Gene sein. Die Regulierung der Biosynthesewege und der Autoregulatoren selbst ist jedoch noch kaum verstanden.
Unter den bekannten Signalmolekülen sind Gamma- Butyrolactone (GBLs) anerkanntermaßen an der Regulierung der morphologischen Entwicklung und des sekundären Metabolismus in Actinomyceten- Bakterien, insbesondere in der Gattung Streptomyces , beteiligt . Im Gegensatz dazu ist bei der metabolisch produktiven marinen Actinomyceten -Gattung Salinispora weit weniger über die Signalwege bekannt, die die Biosynthese ihres reichen Repertoires an Naturprodukten regulieren. Die kürzlich beschriebenen potenten und selektiven Antimalaria- Verbindungen, Salinipostine Salinipostin A (1)) aus Salinispora sp. RL08-036-SPS-B, kann etwas Licht ins Dunkel bringen. Salinipostine besitzen einen zum A-Faktor analogen GBL-Ring sowie einen höchst ungewöhnlichen Phosphotriesterring . Zwei Verbindungen, Cyclipostine und Cyclophostin , aus Streptomyces haben dieses gleiche Strukturmotiv und wurden als hormonsensitive Lipase- bzw. Acetylcholinesterase- Inhibitoren beschrieben. Es wird geschätzt, dass diese Verbindungen aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit von einem ähnlichen Weg wie der GBL-Biosyntheseweg abgeleitet sind.
Die am besten untersuchte GBL-Verbindung ist der A-Faktor aus Streptomyces griseus . Die GBL-Struktur wird durch Kondensation von Beta- Ketoacyl gebildet Acyl Carrier Protein (ACP) und Dihydroxyacetonphosphat durch die A-Faktor- Synthase AfsA , gefolgt von sukzessiver Reduktion durch BprA und Dephosphorylierung . AfsA- Homologe kommen häufig in Streptomyceten vor, wo gezeigt wurde, dass sie nicht nur an der GBL-Biosynthese, sondern auch an der Produktion von Gamma- Butenoliden und Furanen beteiligt sind.
Kürzlich haben wir gezeigt, dass das AfsA- Homolog Spt9 in Salinispora- Bakterien für den Aufbau der Salinipostine und ihrer flüchtigen Nebenprodukte, Salinilactone , verantwortlich ist . Das spt9- Gen ist das terminale Gen eines Biosynthese-Locus mit neun Genen, der in Salinispora -Spezies weitgehend konserviert ist ( spt wurde in dieser Literaturstelle als Butyrolacton 1 bezeichnet ). Hier berichten wir über die funktionelle Charakterisierung von spt- Genen, spt6 und spt9 , gegenüber Salinipostin Biosynthese und zeigen, dass der spt- Gencluster auch für die Synthese neuer, natürlicher GBLs als Nebenprodukte der Salinipostin- Biosynthese verantwortlich ist. Darüber hinaus zeigten wir, dass spt -ähnliche biosynthetische Gencluster unter Actinomyceten- Gattungen weit verbreitet sind, was auf ihre wichtige Rolle bei der bakteriellen Signalübertragung hindeutet.
RESULTATE UND DISKUSSION
Entdeckung von Gamma- Butyrolacton- Verbindungen aus Salinispora -Spezies.
Wir haben zuvor über die globale Transkriptionsaktivität von Biosynthese-Genclustern in Salinispora -Spezies gbl kaufen und zeigten , dass der spt - Locus an der Salinipostin - Biosynthese durch genetische Inaktivierung von spt9 und einem gleichzeitigen Verlust von Salinipostin beteiligt war . Bei der erneuten Untersuchung der S. tropica CNB-440 spt9 -Deletionsmutante im Vergleich mit dem nativen CNB-440-Stamm durch Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) identifizierten wir neben den Salinipostinen auch Verbindungen, die in der Mutante ebenfalls abgeschafft wurden . Überprüfung der Summenformeln der Verbindungen 2 (C 11 H 19 O 4 , m / z 215,1280, [M + H ] + berechnet . 215,1278) und 3 (C 10 H 17 O 4 , m / z 201,1126, [M + H] + berechnet . 201.1121) schlugen vor, dass es sich um einfache A-Faktor-ähnliche GBL-Verbindungen handeln könnte.
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