Design eines aus der Fettsäuresynthase der Maus abgeleiteten Multienzyms für die kompartimentierte chemo‐enzymatische Synthese von 2‐Pyron‐Polyketiden

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Abstract
Kurzzusammenfassung: Die Kompartimentierung biosynthetischer Wege stellt ein zentrales Ziel des Proteinengineerings dar, insbesondere in der synthetischen Biologie und bei der Optimierung komplexer Stoffwechselwege. Hier kann die Kompartimentierung die katalytische Effizienz steigern, reaktive Zwischenprodukte stabilisieren, die Bildung von Nebenprodukten verringern und darüber hinaus durch die Koordination mehrstufiger Reaktionen eine erhöhte synthetische Komplexität ermöglichen. In dieser Studie wurde eine chemo‐enzymatische Plattform zur Biosynthese von 2‐Pyronen – insbesondere Styrylpyrone und Hispidin – in einem Multienzym etabliert, das auf einer nicht‐reduzierenden (nr) Variante der murinen Fettsäuresynthase (FAS) basiert, welche natürlicherweise Palmitinsäure produziert. Durch die Einführung von zwei gezielten Aminosäuresubstitutionen in der Ketosynthase‐Domäne (KS), wurde die nrFAS‐vermittelte Synthese von Styrylpyronen aus nicht‐kanonischen Substraten, einschließlich halogenierter Derivate, verbessert. Das angepasste Enzym zeigte eine 66‐fach höhere katalytische Aktivität im Vergleich zur nicht‐mutierten nrFAS und übertraf dabei die Styrylpyronsynthase des Kavalacton‐Biosynthesewegs aus Piper methysticum . Darüber hinaus wurde ein 4‐Cumarat‐Ligase (4CL1) Lademodul mithilfe des SpyTag/SpyCatcher‐Systems in das Kompartiment integriert, wodurch die Aktivierung und direkte Übertragung von Zimtsäurederivaten auf die nrFAS ermöglicht wurde. Die resultierenden Styrylpyrone dienen als direkte Vorläufer pharmakologisch aktiver Kavalactone, während Hispidin als Vorläufer der Pilz‐Biolumineszenz fungiert.
Funding Information
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (GR3854/6‐2)

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