Genomminedrift fører til en ny type peptidprenylering

Forskere fra NUS brugte en genomminedrift til at identificere et nyt cyklisk peptid (tolypamid) afledt af et cyanobakterium. Biosyntesen af ​​tolypamid indeholder en ny type enzym, der er i stand til at prænylere en række substrater og har potentiel brug i farmaceutisk kemi og syntetisk biologi.

Bioaktive peptider har sikret sig en højborg på det farmaceutiske marked på grund af de mange fordele, såsom effektiv målretning af protein-protein-interaktioner, lave effekter uden for målet, og lav toksicitet. Disse fordele kompromitteres ofte på grund af dårlig biotilgængelighed og cellepermeabilitet. En måde at forbedre membranpermeabiliteten på er at øge lipofiliteten ved at tilføje en alkylkæde til molekylet (prenylering). Disse transformationer, som kan katalyseres af enzymer involveret i biosyntesen af ​​cyanobactin naturlige produkter, kan potentielt øge den terapeutiske effekt af umodificerede peptider. Også, cyanobactin-enzymer har bred substratselektivitet og virker på en meget selektiv og specifik måde med hensyn til positionen og orienteringen af ​​aminosyreresterne. At forstå begrundelsen bag selektiviteten og specificiteten af ​​disse katalysatorer vil hjælpe med at udnytte disse enzymers evne som biokemiske værktøjssæt.

I samarbejde med et internationalt forskerhold, Prof Brandon Morinaka fra Institut for Farmaci, National University of Singapore opdagede en ny type cyanobactin-enzym kendt som ToIF. Det udviser specifik selektivitet til modifikation af serin- og threoninrester i peptider. Dette arbejde er en fælles forskningsindsats med prof. Eric Schmidt fra University of Utah og Dr. Muriel Gugger fra Institut Pasteur. Proteiner fra en underfamilie af prenyltransferaser blev kortlagt til et sekvenslignende netværk.

Forskerne anvendte målrettet minedrift til at analysere genklyngerne, der koder for disse proteiner, og identificerede ToIF -enzym og tol biosyntetisk vej. De fandt ud af, at TolF -enzymet er involveret i produktionen af ​​tolypamid, som har en hydrofob prenylfunktionel gruppe knyttet til dets struktur (figur 1). Sådanne molekylære vedhæftninger er nyttige til forbedring af membranpermeabiliteten af ​​terapeutiske forbindelser. TolF -enzymet blev funktionelt valideret ved in vitro biosyntese af tolypamid -naturproduktet (figur 2). Yderligere biokemiske assays viser, at TolF -enzymet også er i stand til at lette fremadgående prenylering af threonin- og serinresterne på forskellige syntetiske peptider.

Til dato, det eneste andet medlem af denne klasse af enzymer (prenyltransferase), der er identificeret til at virke på serin- eller threoninrester, er TruF1. Imidlertid, dets dårlige opløselighed og lave in vitro -aktivitet har forhindret omfattende karakterisering. Opdagelsen af ​​TolF giver mulighed for at studere strukturbiologien og udviklingen af ​​denne enzymfamilie.

Prof Morinaka sagde, "Yderligere karakterisering af TolF-enzymet vil muliggøre en mere fuldstændig forståelse af substratspecificitet og selektivitet af prenyltransferaser. Dette vil lette den rationelle konstruktion af disse biokatalysatorer som kraftfulde værktøjer inden for syntetisk biologi."