Biosynthesis of the Lipophilic Side Chain in the Cyclic Hexadepsipeptide Antibiotic IC101
- 作者
- Kazuo Umezawa, Yoko Ikeda, Hiroshi Naganawa, Shinichi Kondo
- 单位
- Department of Applied Chemistry, Faculty of Science and Technology, Keio University, 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama 223-0061, Japan; Institute of Microbial Chemistry, 3-14-23 Kamiosaki, Shinagawa-ku, Tokyo 141-0021, Japan
- 杂志
- Journal of Natural Products（2002）
- DOI
- 10.1021/np0202069
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
确定环六缩肽抗生素IC101中C15亲脂性侧链的生物合成来源，尤其澄清侧链末端异戊基是来自亮氨酸还是甲羟戊酸途径。
研究策略
以含13C标记的亮氨酸、异亮氨酸、乙酸和丙酸喂饲产生菌Streptomyces sp. ML297-90F8，经培养、提取纯化标记的IC101，利用2D NMR（HMQC、HMBC）分析各碳位的13C富集程度和13C-13C自旋耦合，推断侧链碳骨架的前体来源及组装方式。
核心内容
该研究通过稳定同位素标记喂饲实验，明确了环六缩肽抗生素IC101中C15亲脂性侧链的生物合成来源。研究利用含13C标记的亮氨酸、异亮氨酸、乙酸和丙酸分别喂饲产生菌Streptomyces sp. ML297-90F8，经提取纯化后借助2D NMR分析各碳位富集程度及13C-13C自旋耦合。结果显示，[U-13C]亮氨酸使侧链末端五个碳显著富集，富集因子最高达14.2（81%），证明末端3-甲基丁基直接由亮氨酸经3-甲基丁酰-CoA合成，而非来自异亮氨酸或甲羟戊酸途径；[U-13C]异亮氨酸则被整合进两个三碳单元；[1-13C]丙酸分别使侧链CO和C-11富集11.0倍与7.0倍，[1-13C]乙酸使侧链C-3和C-5分别富集3.5倍和2.9倍，表明侧链中间骨架由乙酸和丙酸延伸单位共同构建。该工作首次揭示IC101侧链末端前体为亮氨酸，与polyoxypeptin A利用异亮氨酸的特征不同，同时提出aurantimycins末端异丁基可能源于缬氨酸，为理解相关脂肽类抗生素侧链组装逻辑提供了依据。
创新点
首次证明IC101的C15侧链末端3-甲基丁基由亮氨酸经3-甲基丁酰-CoA合成，而非来自异亮氨酸或甲羟戊酸途径；揭示了IC101与polyoxypeptin A在侧链末端结构上的前体差异（亮氨酸对异亮氨酸）；提出类似抗生素如aurantimycins的末端异丁基可能源于缬氨酸。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces sp. ML297-90F8 | IC101生物合成 | — | — | 催化 | 产生菌，通过稳定同位素标记前体研究抗生素IC101的侧链生物合成。 |
| — | 亮氨酸降解途径 | — | — | 催化 | 提供3-甲基丁酰-CoA，构成侧链末端异戊基单元。 |
| — | 异亮氨酸降解途径 | — | — | 催化 | 提供丙酰-CoA，参与侧链中两个三碳单元的构建。 |
| — | 乙酸/丙酸代谢途径 | — | — | 催化 | 提供乙酸和丙酸作为延伸单位，组装侧链中间碳骨架。 |
关键发现
- [U-13C]亮氨酸喂饲后，3-羟基亮氨酸部分全部六个碳和侧链末端五个碳（来自3-甲基丁酰-CoA）均显著富集，其中侧链C7、C8、C9、C10、C10'的富集因子分别为14.2（81%）、11.1（86%）、9.7（86%）、11.7（88%）、11.1（86%），表明末端异戊基直接来自亮氨酸。 [U-13C]异亮氨酸则被整合到两个三碳单元（来源于丙酰-CoA），分别为CO:C-2:2-Me（富集因子1.8、1.7、1.9，耦合峰面积38%、37%、48%）和C-11:C-12:C-13（富集因子1.4、1.9、3.5，耦合峰面积37%、69%、43%）。 [1-13C]丙酸显著富集侧链CO（11.0倍）和C-11（7.0倍）
- [1-13C]乙酸显示两个哌嗪酸的CO和C-6（富集因子1.6-3.5）以及侧链C-3（3.5倍）和C-5（2.9倍）来自乙酸，说明侧链中间骨架由乙酸/丙酸延伸单位构成。 3-羟基亮氨酸部分的碳在亮氨酸实验中富集因子高达9.4-13.9（耦合峰面积84-95%）。
研究结论
IC101的C15亲脂性侧链末端3-甲基丁基由亮氨酸经3-甲基丁酰-CoA合成，而非像polyoxypeptin A那样来自异亮氨酸；侧链中间部分由乙酸和丙酸共同构建。pipalamycin的异戊基同样可能来自亮氨酸。此外，aurantimycins中的末端异丁基可能由缬氨酸衍生而来。