title: Identification and Characterization of the Lysobactin Biosynthetic GeneCluster and Its Unusual Termination Module
title: Identifikation und Charakterisierung des Biosynthesegenclusters vonLysobactin und seines ungewöhnlichen Terminationmoduls
Creators: name: Hou, Jie
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Chemie
Lysobactin

description: Nichtribosomale Peptide (NRP)
      konstituieren eine Klasse strukturell und funktionell
      diverser Naturstoffe, welche durch nichtribosomale
      Peptidsynthetasen (NRPS) synthetisiert werden.
      Nichtribosomale Peptide weisen eine Vielfalt biologischer
      Aktivitäten auf, sowie antimikrobielle, antifungielle,
      antivirale, immunsuppressive und antitumore Eigenschaften.
      Durch Screening mikrobieller Extrakte wurden zahlreiche
      solcher Verbindungen entdeckt. In den letzten Jahren
      ermöglichten die Kenntnisse über die Biosynthese von
      Naturstoffen und die Entwicklung der
      Sequenzierungstechnologien Identifikation von Genclustern,
      die vermutlich an der Biosynthese von nichtribosomalen
      Peptiden beteiligt sind. Basierend auf der Sequenzierung des
      Genoms von Lysobacter sp. ATCC 53042 und der früheren Arbeit
      von Bernhard et al.[1] an dem Gen-Fragment, das an der
      Biosynthese von Lysobactin beteiligt ist, wurde der gesamte
      Gencluster der Lysobactinbiosynthese identifiziert und
      charakterisiert. Der Gencluster kodiert zwei multimodulare
      nichtribosomale Peptidsynthetasen (LybA und LybB). Wegen der
      Korrelation zwischen der Anzahl der Module innerhalb des
      Genclusters und der primären Struktur von Lysobactin wurde
      festgelegt, dass die Biosynthese von Lysobactin dem
      Kolinearität-Prinzip folgt. Die Untersuchung der Spezifitäten
      der Adenylierungsdomäne bestätigte den direkten Zusammenhang
      zwischen den Synthetasen und der Biosynthese von Lysobactin.
      Darüber hinaus wurde eine ungewöhnliche
      Tandemthioesterase-Architektur im Terminationsmodul von LybB
      identifiziert. Die biochemische Charakterisierung der
      einzelnen Thioesterasen in vitro bewies, dass die erste
      Thioesterase für die Zyklisierung und Freisetzung des
      Endproduktes zuständig ist, während die zweite Thioesterase
      eine Typ II TE Aktivität zeigte, die für die Regeneration des
      Peptide-Carrier-Proteins verantwortlich ist. Zusammen mit der
      Beobachtung des proteolytischen Abbaus, der während der
      heterologen Produktion von LybB-PCP-TE1-TE2 die Produktion
      von LybB-PCP-TE1 verursacht, haben wir vorgeschlagen, dass
      die LybB auch im nativen Stamm gespalten wird. Somit wird die
      dadurch erzeugte allein stehende TE2 produziert, die als
      externer Typ II TE dient. Zusätzlich wurde die Sequenz des
      Genoms von Lysobacter sp. ATCC 53042 bioinformatisch
      analysiert. Die Analyse lieferte weitere potenzielle NRPS und
      PKS-NRPS Hybridgencluster. Basierend auf den vorhergesagten
      Spezifitäten der Adenylierungsdomänen wurden
      Strukturvorschläge für die putativen Produkte gemacht. Es
      sind jedoch weitere Untersuchungen nötig, um die Produktion
      dieser putativen sekundären Metaboliten zu bestätigen und um
      die vorgeschlagenen Strukturen zu verifizieren.
description: Nonribosomal peptides (NRPs)
      constitute a class of structurally and functionally diverse
      natural products, which are synthesized by nonribosomal
      peptide synthetases (NRPSs). NRPs exhibit a wide range of
      bioactivities, including antimicrobial, antifungal,
      antiviral, immunosuppressive and antitumor properties.
      Numerous of these compounds have been discovered via
      screening of microbial extracts. In recent years, increasing
      knowledge of the biosynthesis of natural products and
      development of new sequencing techniques lead to the
      identification of gene clusters, which are putatively
      involved in the biosynthesis of nonribosomal peptides. Based
      on the sequencing result of the genome of Lysobacter sp. ATCC
      53042 and the former work from Bernhard et al.[1] on the gene
      fragment involved in the biosynthesis of lysobactin, the
      entire biosynthetic gene cluster of lysobactin was identified
      and characterized. The cluster encodes two multimodular
      nonribosomal peptide synthetases (LybA and LybB). Due to the
      correlation of the number of modules found within the
      lysobactin gene cluster and the primary sequence of
      lysobactin, the biosynthesis of lysobactin follows the
      colinearity principle. Investigation of the adenylation
      domain substrate specificities confirmed the direct
      association between the synthetases and lysobactin
      biosynthesis. Furthermore, an unusual tandem thioesterase
      domain architecture (PCP-TE1-TE2) of the LybB termination
      module was identified. Biochemical characterization of the
      individual thioesterases in vitro proved that the first
      thioesterase is responsible for the cyclization and the
      release of the final product, while the second thioesterase
      showed a type II TE activity, which is responsible for the
      regeneration of the mis-primed peptide carrier protein during
      the biosynthesis of lysobactin. Together with the observation
      of the proteolytic degradation during the heterologous
      production of LybB-PCP-TE1-TE2 giving rise of LybB-PCP-TE1,
      we have proposed that the LybB is also cleaved to generate
      lone-standing LybB-TE2 prior to lysobactin synthesis in the
      native strain. The resulting lone-standing TE2 serves as
      external type II TE to regenerate mis-primed peptide carrier
      protein via hydrolytic cleavage of the PCP-bound noncognate
      substrates. Additionally, the sequence of the genome of
      Lysobacter sp. ATCC 53042 was bioinformatically analyzed. The
      analysis result delivered further potential NRPS and PKS-NRPS
      hybrid gene clusters. Based on the proposed substrate
      specificities of the adenylation domains, the chemical
      structures of the products were proposed. However, further
      experiments are needed to confirm the production of these
      compounds.