レジスタマイシン経路におけるディスクオイドポリケチドサイクル化のオーケストレーション

科学分野:

• 微生物学 微生物学とは
• バイオケミストリー バイオケミストリー
• 合成生物学 合成生物学とは

背景:

• レジスタマイシンは, *Streptomyces resistomycificus* のバクテリア代謝産物であり,ユニークなペンタサイクルのディスクロイドリングシステムを持っています.
• この構造は,アロマティックなポリケチドで一般的に見られる線形または角形の構造と対照的です.
• このようなユニークな構造の生物合成を理解することは,新しい天然製品と酵素機構の探索に不可欠です.

研究 の 目的:

• レジスタミシン生物合成に責任のある遺伝子や酵素を特定し,特徴づけること.
• ポリケチド合成におけるディスコイド環形成のメカニズムを解明する.
• レジスタマイシン・サイクラゼと,線形/角形ポリケチド経路に関与するレジスタマイシン・サイクラゼの機能的違いを調査する.

主な方法:

• レジスタマイシン (rem) のタイプIIポリケチド合成酵素 (PKS) 遺伝子クラスタの系統的な遺伝子解剖と再構成.
• レジスタマイシンサイクラゼのアミノ酸配列機能相関分析.
• レステソミシンとテトラセノミシンPKS成分間のクロスコンプリメンテーション実験.
• 変異分析と in vivo 経路再構成により,ディスクサイクライゼーションに関与するサイクラスを特定する.
• 変異株の代謝プロファイリング.

主要な成果:

• レスタマイシン生物合成 (rem PKS) に十分なすべての遺伝子が特定されました.
• 3つのサイクラス (RemI,RemF,RemL) は,ディスクサイクライゼーションプロセスに不可欠であると特定されました.
• クロスコンプリメンテーションは,レジスタマイシンとテトラセノミシン経路の間の共同初期の生物合成ステップを示した.
• 新しいテトラセノミシン誘導体であるTcmR1が発見されました.
• PKSと3つのサイクラスの協調的な作用は,ディスク状のリング構造を形成するために必要である.

結論:

• レジスタマイシンバイオシンセシスは,3つの特定のサイクラスを含むユニークな酵素のセットを使用して,ペンタサイクルのディスク状構造を達成します.
• この発見は,個々の酵素による連続的なサイクル化ではなく,ポリケチドを形成する"ケージ"としてマルチ酵素PKS複合体が作用するモデルを支持する.
• この研究は,ポリケチド生物合成経路と酵素機構の進化と多様性についての洞察を提供します.