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Titel: Discovery and insight into the unique tailoring of the paeninodin lasso peptide from paenibacillus dendritiformis C454
Autor: Zhu, Shaozhou
Weitere Beteiligte: Marahiel, Mohamed A. (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0481
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0481
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-04813
DDC: 540 Chemie
Titel(trans.): Entdeckung und Mechanismen der einyigartigen Modifikation des Lassopeptides Paeninodin aus Paenibacillus dendritiformis C454

Dokument

Schlagwörter:
Biosynthese, Bio-Produkt, Bacillus, Phosphorylierung, Lassopeptid, Modifikation, Paeninodin, lasso peptide, modification, Paeninodin

Summary:
Lasso peptides, such as microcin J25, BI-32169, lariatin and capistruin, are a structurally unique and pharmacologically relevant class of RiPPs (ribosomally synthesized and posttranslationally modified peptides) natural products. Compared with other intensively modified RiPPs, such as lantibiotics, lasso peptides only have a unique knotted topology in which the tail of the peptide is threaded through an N-terminal macrolactam ring and trapped by steric hindrance of bulky side chains stabilizing the entropically disfavored lasso structure. Except for this unusual knot structure, further posttranslational modifications on lasso peptides are very rare. Besides, lasso peptides have so far only been isolated from Proteo- and Actinobacterial sources. In this thesis, the lasso gene cluster from the Firmicute P. dendritiformis was investigated. Paeninodin, a new lasso peptide with an unusual phosphorylation at the side chain of the last serine was discovered by expression of this cluster in a heterologous host. The Paeninodin lasso peptide was isolated from a culture pellet. Mass spectrometric, carboxypeptidase Y assays and IM-MS studies proved paeninodin to be a new representative of lasso peptides. Morever, the biosynthetic pathway of modified lasso peptide was delineated through in vivo and in vitro studies. The kinase turned out to be a novel lasso peptide precursor kinase with wide substrate specificity. These results provide a way for the generation of novel lasso peptide analogs and, thereby, would facilitate lasso peptide engineering in the future.

Zusammenfassung:
Lassopeptide, wie Microcin J25, BI-32169, Lariatin und Capistruin, sind eine strukturell einzigartige und pharmakologisch relevante Gruppe von RiPP-Naturstoffen (ribosomal-synthetisierte und post-translational modifizierte Peptide). Verglichen mit anderen stark modifizierten RiPPs, wie Lantibiotika, haben Lassopeptide nur eine einzige verknotete Topologie, in der der Schwanz des Peptids durch einen N-terminalen Makrolactamring gefädelt ist und dort durch sterische Wechselwirkungen von sperrigen Seitenketten festgehalten wird, wodurch die entropisch ungünstige Lassofaltung stabilisiert wird. Mit Ausnahme dieser ungewöhnlichen Knotenstruktur sind weitere post-translationale Modifikationen an Lassopeptiden sehr selten. Des Weiteren wurden Lassopeptide bisher nur aus proteo- und actinobakteriellen Quellen isoliert. In dieser Doktorarbeit wurde der Gencluster aus dem Firmicutes P. dendritiformis untersucht. Es wird die Entdeckung von Paeninodin, einem neuen Lassopeptid mit ungewöhnlicher Phosphorylierung an der Seitenkette des letzten Serins, durch Expression des zugehörigen Genclusters in einem heterologen Wirt beschrieben. Paeninodin konnte aus den Zellen der Expressionskultur isoliert werden. Massenspektrometrische und Carboxypeptidase Y Assays sowie IM-MS Studien bewiesen, dass Paeninodin ein neuer Vertreter der Lassopeptide ist. Zusätzlich wurde die Biosynthese von modifizierten Lassopeptiden beschrieben auf Basis von in vivo und in vitro Studien. Es zeigte sich, dass die Kinase eine neuartige Lassopeptid-Vorläufer-Kinase mit breiter Substratspezifität ist. Diese Ergebnisse ermöglichen eine neue Route zur Generierung von neuartigen Lassopeptidanalogas und fördern das Engineering von Lassopeptiden in der Zukunft.


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