Structural and Functional Basis of GenB2 Isomerase Activity from Gentamicin Biosynthesis

Autor(es)

de Oliveira, Gabriel S. ; Bury, Priscila dos S. ; Huang, Fanglu ; Li, Yuan ; de Araujo, Natalia C. ; Zhou, Jiahai ; Sun, Yuhui ; Leeper, Finian J. ; Leadlay, Peter F. ; Dias, Marcio V. B.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ACS Chemical Biology; v. 19, n. 9, p. 10-pg., 2024-08-29.

Resumo

Aminoglycosides are essential antibiotics used to treat severe infections caused mainly by Gram-negative bacteria. Gentamicin is an aminoglycoside and, despite its toxicity, is clinically used to treat several pulmonary and urinary infections. The commercial form of gentamicin is a mixture of five compounds with minor differences in the methylation of one of their aminosugars. In the case of two compounds, gentamicin C2 and C2a, the only difference is the stereochemistry of the methyl group attached to C-6 '. GenB2 is the enzyme responsible for this epimerization and is one of the four PLP-dependent enzymes encoded by the gentamicin biosynthetic gene cluster. Herein, we have determined the structure of GenB2 in its holo form in complex with PMP and also in the ternary complex with gentamicin X2 and G418, two substrate analogues. Based on the structural analysis, we were able to identify the structural basis for the catalytic mechanism of this enzyme, which was also studied by site-directed mutagenesis. Unprecedently, GenB2 is a PLP-dependent enzyme from fold I, which is able to catalyze an epimerization but with a mechanism distinct from that of fold III PLP-dependent epimerases using a cysteine residue near the N-terminus. The substitution of this cysteine residue for serine or alanine completely abolished the epimerase function of the enzyme, confirming its involvement. This study not only contributes to the understanding of the enzymology of gentamicin biosynthesis but also provides valuable details for exploring the enzymatic production of new aminoglycoside derivatives. (AU)

• Processo FAPESP: 14/07843-6 - Análise estrutural de enzimas chaves para biossíntese de gentamicina e sisomicina
• Beneficiário: Priscila dos Santos Bury
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 10/15971-3 - Caracterização estrutural de enzimas envolvidas em vias de biossíntese de antibióticos com interesse biotecnológico
• Beneficiário: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 15/09188-8 - Biossíntese de antibióticos poliéteres e aminoglicosídeos: investigação estrutural de enzimas não usuais ou com aplicabilidade em biologia sintética
• Beneficiário: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/10577-0 - Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (CEPID B3)
• Beneficiário: Shaker Chuck Farah
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 18/00351-1 - Biologia Estrutural aplicada às enzimas envolvidas na biossíntese de produtos naturais: aplicações biotecnológicas e entendimento molecular de reações enzimáticas pouco usuais
• Beneficiário: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/23627-0 - Determinação das bases estruturais da formação biosintética de anéis heterocíclicos em poliéteres ionóforos
• Beneficiário: Gabriel Stephani de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/12234-5 - Resistência a antimicrobianos em Mycobacterium tuberculosis: análise estrutural, biofísica e bioquímica de mutações missense
• Beneficiário: Marcio Vinicius Bertacine Dias
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular