Deciphering Deoxynybomycin Biosynthesis Reveals Fe(II)/α-Ketoglutarate-Dependent Dioxygenase-Catalyzed Oxazoline Ring Formation and Decomposition

化学 恶唑啉 双加氧酶 立体化学 生物合成 戒指(化学) 羟基化 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Kai Liu,Jinyan Zhang,Guangtao Zhang,Liping Zhang,Zhen Meng,Liang Ma,Wenjun Zhang,Weiliang Xiong,Yiguang Zhu,Binju Wang,Changsheng Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27886-27899 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11772
摘要

The antibacterial agents deoxynybomycin (DNM) and nybomycin (NM) have a unique tetracyclic structure featuring an angularly fused 4-oxazoline ring. Here, we report the identification of key enzymes responsible for forming the 4-oxazoline ring in Embleya hyalina NBRC 13850 by comparative bioinformatics analysis of the biosynthetic gene clusters encoding structurally similar natural products DNM, deoxynyboquinone (DNQ), and diazaquinomycins (DAQs). The N-methyltransferase DnmS plays a crucial role in catalyzing the N-dimethylation of a tricyclic precursor prenybomycin to generate NM D; subsequently, the Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent dioxygenase (Fe/αKGD) DnmT catalyzes the formation of a 4-oxazoline ring from NM D to produce DNM; finally, a second Fe/αKGD DnmU catalyzes the C-12 hydroxylation of DNM to yield NM. Strikingly, DnmT is shown to display unexpected functions to also catalyze the decomposition of the 4-oxazoline ring and the N-demethylation, thereby converting DNM back to prenybomycin, to putatively serve as a manner to control the intracellular yield of DNM. Structure modeling, site-directed mutagenesis, and quantum mechanics calculations provide mechanistic insights into the DnmT-catalyzed reactions. This work expands our understanding of the functional diversity of Fe/αKGDs in natural product biosynthesis.
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