Metformin hydrolase is a recently evolved nickel-dependent heteromeric ureohydrolase

二甲双胍 水解酶 化学 操纵子 基因 生物化学 生物 突变体 糖尿病 内分泌学
作者
Malte Sinn,Lea Riede,Jennifer R. Fleming,Dietmar Funck,H Lutz,Andreas Bachmann,Olga Mayans,Jörg S. Hartig
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51752-5
摘要

Abstract The anti-diabetic drug metformin is one of the most widely prescribed medicines in the world. Together with its degradation product guanylurea, it is a major pharmaceutical pollutant in wastewater treatment plants and surface waters. An operon comprising two genes of the ureohydrolase family in Pseudomonas and Aminobacter species has recently been implicated in metformin degradation. However, the corresponding proteins have not been characterized. Here we show that these genes encode a Ni 2+ -dependent enzyme that efficiently and specifically hydrolyzes metformin to guanylurea and dimethylamine. The active enzyme is a heteromeric complex of α- and β- subunits in which only the α-subunits contain the conserved His and Asp residues for the coordination of two Ni 2+ ions in the active site. A crystal structure of metformin hydrolase reveals an α 2 β 4 stoichiometry of the hexameric complex, which is unprecedented in the ureohydrolase family. By studying a closely related but more widely distributed enzyme, we find that the putative predecessor specifically hydrolyzes dimethylguanidine instead of metformin. Our findings establish the molecular basis for metformin hydrolysis to guanylurea as the primary pathway for metformin biodegradation and provide insight into the recent evolution of ureohydrolase family proteins in response to an anthropogenic compound.
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