Streptogramin B-Antibiotika und azide Lipopeptide: Chemoenzymatische Derivatisierung der Makrozyklen und Biosynthese nichtproteinogener Bausteine

Nichtribosomale Peptide zeichnen sich durch eine hohe strukturelle Diversität aus, die durch die Anwesenheit vieler nichtproteinogener Aminosäuren im Peptidrückgrat zustande kommt. Oft sind diese Bausteine wichtig oder sogar essentiell für die Bioaktivität der jeweiligen Naturstoffe. Die Bioaktivität wird weiterhin durch die konformationelle Rigidität des Peptidrückgrats gewährleistet, die häufig durch ihre makrozyklische Struktur gesichert wird. Die Makrozyklisierung wird während des letzten Schritts der nichtribosomalen Peptidsynthese durch sogenannte Thioesterase (TE)-Domänen katalysiert. Die hier vorgestellte Arbeit beschäftigt sich sowohl mit der Entwicklung von chemoenzymatischen Strategien zur Synthese bzw. Modifizierung der Streptogramin B (SB) –Antibiotika, als auch mit der Biosynthese des nichtproteinogenen 3-Methyl-Glutamat- Bausteins (3-MeGlu) der aziden Lipopeptide. Der erste Teil dieser Arbeit beschreibt einen TE-basierenden chemoenzymatischen Ansatz zur schnellen und unkomplizierten SB-Synthese, bei dem die strukturelle Diversität durch Standard-Peptidfestphasensynthese von linearen SB-Analoga und die Stereoselektivität durch nachfolgende enzymatische Zyklisierung erreicht wird. Zu diesem Zweck wurde die rekombinante TE-Domäne SnbDE-TE der Pristinamycin I-Synthetase aus Streptomyces pristinaespiralis biochemisch charakterisiert. Diese Zyklase katalysiert die Makro-laktonisierung linearer Peptidylthioesteranaloga von Pristinamycin I mit hoher Regio- und Stereoselektivität. Eine stereoselektive Zyklisierung ausgehend von komplexen in situ razemisierenden Substratmischungen ermöglicht eine elegante SB-Synthese über eine dynamische kinetische Resolution. Für die enzymatische Zyklisierung wurde eine beachtliche Substrattoleranz der SnbDE-Zyklase festgestellt, welche alle sieben Positionen des Peptidrückgrats einschließt. Eine N-Methylierung der Peptidbindung zwischen den Positionen 4 und 5 erhöht die Produktbildungsrate erheblich. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der biochemischen in vitro-Charakterisierung des Biosynthesewegs von 3-Methyl-Glutamat (3-MeGlu), einem für die biologische Aktivität der aziden Lipopeptide CDA, Daptomycin und A54145 wichtigen Baustein. Die Untersuchungen zeigen, dass GlmT aus Streptomyces coelicolor, DptI aus Streptomyces roseosporus und LptI aus Streptomyces fradiae S-Adenosyl-Methionin (SAM)-abhängige α-Ketoglutarat (αKG)-Methyltransferasen sind, welche die stereospezifische Methylierung von αKG zu (3R)-3-Me-2-Oxoglutarat katalysieren. Weiterhin wurde die verzweigtkettige Aminosäure-Transaminase IlvE (SCO5523) aus S. coelicolor als ein effizientes Enzym für die nachfolgende Transaminierung zu (2S,3R)-3-MeGlu identifiziert. Die beobachtete stereospezifische Zwei-Schritt-Umsetzung von αKG zu (2S,3R)-3-MeGlu vervollständigt das Verständnis der Biosynthese und des Einbaus von Cβ-methylierten Aminosäuren in nichtribosomale Peptide und erweitert unsere Kenntnis von Mechanismen zur Generierung von strukureller Diversität in Naturstoffen