Structural basis for stereoselective dehydration and hydrogen-bonding catalysis by the SAM-dependent pericyclase LepI

化学 分子内力 催化作用 衬底模拟 基质(水族馆) 克莱森重排 活动站点 有机化学 立体化学 地质学 海洋学
作者
Yujuan Cai,Yang Hai,M. Ohashi,Cooper S. Jamieson,Marc Garcia‐Borràs,K. N. Houk,Jiahai Zhou,Yi Tang
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:11 (9): 812-820 被引量:51
标识
DOI:10.1038/s41557-019-0294-x
摘要

LepI is an S-adenosylmethionine (SAM)-dependent pericyclase that catalyses the formation of the 2-pyridone natural product leporin C. Biochemical characterization has shown that LepI can catalyse stereoselective dehydration to yield a reactive (E)-quinone methide that can undergo bifurcating intramolecular Diels–Alder (IMDA) and hetero-Diels–Alder (HDA) cyclizations from an ambimodal transition state, as well as a [3,3]-retro-Claisen rearrangement to recycle the IMDA product into leporin C. Here, we solve the X-ray crystal structures of SAM-bound LepI and in complex with a substrate analogue, the product leporin C, and a retro-Claisen reaction transition-state analogue to understand the structural basis for the multitude of reactions. Structural and mutational analysis reveals how nature evolves a classic methyltransferase active site into one that can serve as a dehydratase and a multifunctional pericyclase. Catalysis of both sets of reactions employs H133 and R295, two active-site residues that are not found in canonical methyltransferases. An alternative role of SAM, which is not found to be in direct contact with the substrate, is also proposed. LepI is an S-adenosylmethionine-dependent pericyclase that catalyses the dehydration, hetero-Diels–Alder reaction and retro-Claisen rearrangement reactions that occur in the formation of the 2-pyridone natural product leporin C. Now, the mechanistic details that underpin this range of catalytic reactions have been uncovered from the crystal structures of LepI and LepI in complex with ligands.
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