In Vitro Production of Ergothioneine Isotopologues

Beliaeva, Mariia A.; Burn, Reto; Lim, David; Seebeck, Florian P.

doi:10.1002/anie.202011096

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“…Feeding the same five-step pathway with isotope labeled ergothioneine ( 1a , Figure ) produced the same metabolites with the correspondingly higher masses (Table S3). Selenoneine ( 1b ), the naturally occurring selenium analog of ergothioneine, was also confirmed as a substrate of this pathway (Figure S15). , Glutamate is a central primary metabolite that is used as a building block for protein synthesis, as an amine donor for many transaminases, and–after oxidation to α-ketoglutarate–as a feedstock for the citric acid cycle.…”

Section: Results and Discussionmentioning

confidence: 90%

In Vitro Reconstitution of a Five-Step Pathway for Bacterial Ergothioneine Catabolism

2021

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The following experimental techniques were used to determine the structure: X-RAY DIFFRACTIONThe reported resolution of this entry is 1.90 Å.Percentile scores (ranging between 0-100) for global validation metrics of the entry are shown in the following graphic. The table shows the number of entries on which the scores are based. MetricWhole archive (#Entries) Similar resolution (#Entries, resolution range(Å)) Clashscore 141614 6847 (1.90-1.90) Ramachandran outliers 138981 6760 (1.90-1.90) Sidechain outliers 138945 6760 (1.90-1.90) Full wwPDB X-ray Structure Validation Report 7NED2 Entry composition i

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Section: Results and Discussionmentioning

confidence: 90%

In Vitro Reconstitution of a Five-Step Pathway for Bacterial Ergothioneine Catabolism

2021

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“…The remarkable SAM cofactor recycling system by Liao and Seebeck [12] (Figure 1 B) has the potential to enzymatically synthesize and recycle non‐natural SAM analogs (NSA) from readily available haloalkanes as alkyl donors [40] . While this system is currently limited to methylation, [12, 41, 42] we envisioned to expand its application towards general alkyl transfer. Key in this endeavor is to find promiscuous halide methyl transferases (HMT) that accept different haloalkanes apart from iodomethane as substrates.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Engineered Enzymes Enable Selective N‐Alkylation of Pyrazoles With Simple Haloalkanes

et al. 2021

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Selective alkylation of pyrazoles could solve achallenge in chemistry and streamline synthesis of important molecules.Here we report catalyst-controlled pyrazole alkylation by acyclic two-enzyme cascade.Inthis enzymatic system, ap romiscuous enzyme uses haloalkanes as precursors to generate non-natural analogs of the common cosubstrate Sadenosyl-l-methionine.Asecond engineered enzyme transfers the alkylgroup in highly selective CÀNbond formations to the pyrazole substrate.The cosubstrate is recycled and only used in catalytic amounts.K ey is ac omputational enzyme-library design tool that converted ap romiscuous methyltransferase into as mall enzyme family of pyrazole-alkylating enzymes in one round of mutagenesis and screening.W ith this enzymatic system, pyrazole alkylation (methylation, ethylation, propylation) was achieved with unprecedented regioselectivity (> 99 %), regiodivergence,a nd in af irst example on preparative scale.

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“…Das bemerkenswerte Cofaktor‐Regenerations‐System für SAM von Liao und Seebeck [12] (Abbildung 1 B) hat das Potenzial, nicht‐natürliche SAM‐Analoga (NSA) enzymatisch aus leicht verfügbaren Halogenalkanen als Alkyldonoren zu synthetisieren und zu regenerieren [40] . Während dieses System derzeit auf Methylierungsreaktionen beschränkt ist, [12, 41, 42] beabsichtigten wir eine Erweiterung auf einen allgemeinen Alkyltransfer. Hierfür strebten wir an, eine promiskuitive Halogenid‐Methyltransferase (HMT) zu finden, die neben Iodmethan auch andere Halogenalkane als Substrate akzeptiert.…”

Section: Ergebnisse Und Diskussionunclassified

Modifizierte Enzyme ermöglichen die selektive N‐Alkylierung von Pyrazolen unter Verwendung einfacher Halogenalkane

et al. 2021

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Die selektive Alkylierung von Pyrazolen ist eine Herausforderung in der Chemie und kçnnte die Synthese wichtiger Moleküle vereinfachen. In dieser Arbeit berichten wir über eine katalysatorgesteuerte Alkylierung von Pyrazolen durch eine cyclische Kaskadenreaktion mit zwei Enzymen. In diesem enzymatischen System nutzt ein promiskuitives Enzym Halogenalkane als Ausgangsstoffe,u mn icht-natürliche Analoga des Cosubstrats S-Adenosyl-l-Methionin zu synthetisieren. Ein zweites engineertes Enzym überträgt die Alkylgruppen in einer hochselektiven CÀN-Bindungsknüpfung auf das Pyrazol-Substrat. Das Cosubstrat wird regeneriert und nur in katalytischen Mengen eingesetzt. Fürdas Enzym-Engineering wurde eine computerbasierte Methode verwendet, um eine Mutantenbibliothek in silico zu entwickeln. In einer Runde von Mutagenese und Screening wurde somit eine promiskuitive Methyltransferase in eine kleine Pyrazol-alkylierende Enzymfamilie umgewandelt. Mit diesem bienzymatischen System konnte die Alkylierung von Pyrazolen (Methylierung, Ethylierung,P ropylierung) mit bislang unerreichter Regioselektivität(> 99 %), Regiodivergenz und in einem ersten Beispiel in präparativem Maßstab gezeigt werden. Einleitung Die regioselektive Alkylierung und Funktionalisierung von Molekülen mit mehreren, ähnlichen Heteroatomen stellt eine besondere Herausforderung in der Synthese dar. [1] Dies gilt insbesondere für N-heterozyklische Verbindungen wie Pyrazole,T riazole oder Pyridone,b ei denen die Tautomerie zu Heteroatomen mit vergleichbarer Reaktivitätf ührt. Die Alkylierung solcher N-heterozyklischen Verbindungen verläuft gewçhnlich unter Substratkontrolle und führt zu Produktmischungen, die oft nur schwer zu trennen sind (Abbildung 1A und Abbildung S1). [2] Die selektive Alkylierung erfordert den Einsatz von Schutzgruppen [3] und eine allgemeine katalysatorgesteuerte Alkylierung existiert bisher nicht. [4, 5] Angesichts der signifikanten Anzahl von CÀN-Alkylierungen, die in der medizinischen Chemie durchgeführt werden [6, 7] und basierend auf der Bedeutung solcher N-alkylierten Heterozyklen in biologisch aktiven Wirkstoffen (Abbil-Abbildung 1. (A)Pyrazolstrukturen kçnnen durch zwei verschiedene tautomere Strukturen beschriebenwerden. Die Tautomerie führt zu N-Atomen mit sehr ähnlicher Reaktivitätund sind somit in chemischen Reaktionen nur schwer zu unterscheiden. (B)S AM-abhängige Methyltransferasen kçnnen Methylgruppen mit sehr hoher Selektivitätauf komplexe Substrate übertragen. In dieser Reaktion dient S-Adenosyl-l-Methionin (SAM) als Cosubstrat und Methyldonor.A ls Nebenprodukt entsteht S-Adenosyl-l-Homocystein(SAH), das von Halogenid-Methyltransferasen unter der Verwendung von Iodmethan als Methylquellez u SAM regeneriert werden kann. [12] (C)Der hier gezeigte Ansatz nutzt promiskuitive Halogenid-Methyltransferasen zur Bildung und Regeneration von nicht-natürlichen SAM-Analoga (NSA) aus einfachen Halogenalkanen.I nKombination mit engineerten Alkyltransferasen wird eine hochselektive Pyrazol-Alkylierung ermçglicht.

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In Vitro Production of Ergothioneine Isotopologues

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Modifizierte Enzyme ermöglichen die selektive N‐Alkylierung von Pyrazolen unter Verwendung einfacher Halogenalkane

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