New insights into the first oxidative phenol coupling reaction during vancomycin biosynthesis

Geib, Nina; Woithe, Katharina; Zerbe, Katja; Li, Dong Bo

doi:10.1016/j.bmcl.2007.11.093

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“…Das epimere Produkt entsteht wahrscheinlich während des Testversuches durch Epimerisierung an Cα von Tyr6 4a. 9 Unter den gleichen Bedingungen wurde das β‐hydroxylierte Hexapeptid‐ S ‐PCP7 ( 8 ) mit einer vergleichbaren Effizienz in das monocyclische Produkt 14 umgewandelt. Die Struktur von 14 wurde durch eine Fragmentierungsanalyse mit hochauflösender Elektrosprayionisierungs‐MS/MS (HR‐ESI‐MS/MS) bestätigt (Abbildung S9).…”

Section: Methodsunclassified

Studien zur Aktivität des P450‐Enzymes OxyB in der Biosynthese von Vancomycin: Einfluss der Chlor‐ und Hydroxy‐Substituenten

et al. 2012

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Oxidative Phenol-Kupplungen, welche durch bestimmte Cytochrom-P450-Enzyme katalysiert werden, spielen in der Biosynthese der Glykopeptid-Antibiotika Vancomycin und Balhimycin eine wichtige Rolle. Für die Biosynthese des gemeinsamen Heptapeptid-Aglykons der beiden Antibiotika werden je ein Molekül (2S,3R)-und (2R,3R)-b-Hydroxytyrosin (Bht), zwei vom Tyrosin abgeleitete (R)-p-Hydroxyphenylglycine (Hpg), ein Polyketidderivat (S)-3,5-Dihydroxyphenylglycin (Dpg), sowie die natürlichen Aminosäuren Leucin und Asparagin bençtigt (Abbildung 1). [1] Auffällige Merkmale des Aglykons sind die Biaryl-(A-B) und Biarylether-Verknüpfungen (C-O-D und D-O-E) , welche die kuppelfçrmige Struktur des Moleküls ausbilden. Desweiteren enthalten zwei der cyclisierten aromatischen Seitenketten Chlor-Substituenten. Molekulargenetische Studien der Balhimycin-Biosynthese haben gezeigt, dass das Heptapeptid-Rückgrat durch nichtribosomale Peptidsynthetasen (NRPS) zusammengebaut wird, wohingegen die Ringschlüsse in der Reihenfolge C-O-D, D-O-E und schließlich A-B durch die P450-Enzyme OxyB, OxyA und OxyC erfolgen. [2] Zwei Chlorierungen werden durch eine einzige Flavin-abhängige Halogenase katalysiert. [3] Die genauen Zeitpunkte der Phenol-Kupplungs-sowie der Chlorierungsschritte während der Biosynthese des Vancomycin/Balhimycin-Rückgrats sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Frühere In-vitro-Studien mit Hexapeptid-und Heptapeptid-Modellsubstraten, welche Tyr-Reste an den Positionen 2 und 6 enthalten, haben gezeigt, dass OxyB eine Kupplung zwischen den aromatischen Ringen von Hpg4 und Tyr6 katalysieren kann, wenn das Modellpeptid als C-terminaler Thioester an eine isolierte Peptid-Träger-Protein-Domäne (PCP) aus der Vancomycin-NRPS gebunden ist (Abbildung 1). [4] Um Substrate zu erzeugen, die den zu erwartenden biosynthetischen Intermediaten strukturell noch ähnlicher sind, haben wir uns hier vorgenommen, die Tyr2/Tyr6-Reste in den Modellpeptiden mit Bht und/oder meta-Chlor-b-hydroxytyrosin (Cht) zu ersetzen, in der Erwartung, dass das Vorhandensein von b-Hydroxy-und/oder Chlor-Substituenten die Peptide zu besseren Substraten für OxyB machen kçnnte. Das Gegenteil ist aber der Fall: Wir berichten hier, dass die Einführung von Chlor-Substituenten in einem Hexapeptid-S-PCP die Geschwindigkeit des Ringschlusses durch OxyB drastisch senkt (> 20 mal geringer als beim nichtchlorierten Modellsubstrat), und dass ein Heptapeptid-S-PCP mit einem chlorierten Rest 6 von OxyB nicht mehr als Substrat erkannt und somit nicht in das cyclisierte Produkt umgesetztAbbildung 1. Schlüsselschritte im Aufbau des Rückgrats während der Vancomycin-und Balhimycin-Biosynthese (Vancomycin und Balhimycin haben das gleiche Aglykon). Gezeigt ist die zu erwartende Organisation der Domänen von Modul-6 und -7, in der Vancomycin NRPS-Untereinheit-2 (VpsB) und -3 (VpsC) (C = Kondensationsdomäne, A = Adenylierungsdomäne, PCP = Peptid-Träger-Protein-Domäne, TE = Thioesterase-Domäne, X = Domäne mit unbekannter Funktion). Das gezeigte Hexapeptid-S-PCP-Thioester-Intermediat sollte dur...

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Section: Methodsunclassified

Studien zur Aktivität des P450‐Enzymes OxyB in der Biosynthese von Vancomycin: Einfluss der Chlor‐ und Hydroxy‐Substituenten

et al. 2012

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“…Labeling experiments with OxyB-catalyzed reactions in the presence of 18 O 2 showed no 18 O incorporation into the product [144,145]. By analogy to other P450 enzymes, this indicates a reaction mechanism that proceeds via dioxygen addition to a high-spin Fe(III) species (102→103, Scheme 9.22).…”

Section: Vancomycinmentioning

confidence: 98%

Biomimetic Synthesis of Azole‐ and Aryl‐Peptide Alkaloids

Arndt

Lichtenecker

Loos

et al. 2011

Biomimetic Organic Synthesis

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“…The assay for the catalytic activity of OxyB is that described in an earlier work (Zerbe et al, 2004;Woithe et al, 2007Woithe et al, , 2008Geib et al, 2008). The substrates used are the model hexa-and heptapeptides 1 and 2 (Fig.…”

Section: Ferredoxin-mediated Catalytic Activitymentioning

confidence: 99%

Genome mining inAmycolatopsis balhimycinafor ferredoxins capable of supporting cytochrome P450 enzymes involved in glycopeptide antibiotic biosynthesis

Geib

Weber

Wörtz

et al. 2010

FEMS Microbiology Letters

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Ferredoxins are required to supply electrons to the cytochrome P450 enzymes involved in cross-linking reactions during the biosynthesis of the glycopeptide antibiotics balhimycin and vancomycin. However, the biosynthetic gene clusters for these antibiotics contain no ferredoxin- or ferredoxin reductase-like genes. In a search for potential ferredoxin partners for these P450s, here, we report an in silico analysis of the draft genome sequence of the balhimycin producer Amycolatopsis balhimycina, which revealed 11 putative Fe-S-containing ferredoxin genes. We show that two members (balFd-V and balFd-VII), produced as native-like holo-[3Fe-4S] ferredoxins in Escherichia coli, could supply electrons to the P450 OxyB (CYP165B) from both A. balhimycina and the vancomycin producer Amycolatopsis orientalis, and support in vitro turnover of peptidyl carrier protein-bound peptide substrates into monocyclic cross-linked products. These results show that ferredoxins encoded in the antibiotic-producing strain can act in a degenerate manner in supporting the catalytic functions of glycopeptide biosynthetic P450 enzymes from the same as well as heterologous gene clusters.

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New insights into the first oxidative phenol coupling reaction during vancomycin biosynthesis

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Biomimetic Synthesis of Azole‐ and Aryl‐Peptide Alkaloids

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