Biosynthetic Incorporation of Non-native Aryl Acid Building Blocks into Peptide Products Using Engineered Adenylation Domains

非核糖体肽 腺苷酸化 苯甲酸 立体化学 肠杆菌素 芳基 生物合成 氨基酸 化学 突变体 生物化学 组合化学 有机化学 烷基 基因
作者
Fumihiro Ishikawa,Maya Nohara,Akimasa Miyanaga,Satoki Kuramoto,Naoko Miyano,Shumpei Asamizu,Fumitaka Kudo,Hiroyasu Onaka,Tadashi Eguchi,Genzoh Tanabe
出处
期刊:ACS Chemical Biology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acschembio.4c00663
摘要

Nonribosomal peptides (NRPs), one of the most widespread secondary metabolites in nature, with therapeutically significant activities, are biosynthesized by modular nonribosomal peptide synthetases (NRPSs). Aryl acids contribute to the structural diversity of NRPs as well as nonproteinogenic amino acids and keto acids. We previously confirmed that a single Asn-to-Gly substitution in the 2,3-dihydroxybenzoic acid-activating adenylation (A) domain EntE involved in enterobactin biosynthesis accepts monosubstituted benzoic acid derivatives with nitro, cyano, bromo, and iodo functionalities at the 2 or 3 positions. Here, we showed that the mutant EntE (N235G) accommodates various disubstituted benzoic acid derivatives with halogen, methyl, methoxy, nitro, and cyano functionalities at the 2 and 3 positions and monosubstituted benzoic acid with an alkyne at the 3 position. Structural analysis of the mutant EntE (N235G) with nonhydrolyzable aryl-AMP analogues using 3-chloro-2-methylbenzoic acid and 3-prop-2-ynoxybenzoic acid revealed how bulky 3-chloro-2-methylbenzoic acid and clickable 3-prop-2-ynoxybenzoic acid are recognized by enlarging the substrate-binding pocket of the enzyme. When engineered EntE mutants were coupled with enterobactin and vibriobactin biosynthetic enzymes, 3-hydroxybenzoic acid-, salicylic acid-, and 3-bromo-2-fluorobenzoic acid-containing peptides were produced as early stage intermediates, highlighting the potential of NRP biosynthetic pathway engineering for constructing diverse aryl acid-containing metabolites.

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