Biosynthese von 3-Hydroxybenzoat-abgeleiteten Polyketiden in Gentianaceae
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzen bilden eine Vielfalt von Naturstoffen, die eine Reihe von interessanten biologischen Aktivitäten zeigen. Schon seit langem werden pflanzliche Inhaltsstoffe vom Menschen als Quelle von Arzneistoffen genutzt und sie spielen weiterhin eine wichtige Rolle in der Wirkstoffentdeckung. Entweder werden sie als genuine Arzneistoffe oder semisynthetische Derivative und synthetische Analoge eingesetzt. Eine große Gruppe von pflanzlichen Naturstoffen sind die Polyketide. Diese Verbindungen werden von einer Superfamilie von Enzymen gebildet, den sogenannten Typ III Polyketid-Synthasen (PKS). Diese Enzyme katalysieren die Kondensation von multiplen Acetyl-Einheiten aus der Decarboxylierung von Malonyl-CoA mit einer spezifischen Startereinheit. Die Variation entweder des Startersubstrats oder der Anzahl von Kondensationsreaktionen und des Typs der intramolekularen Zyklisierung führt zu der beeindruckenden Vielfalt von Polyketiden. Das Prototyp-Enzym der Superfamilie ist die Chalcon-Synthase, mit der die Flavonoid-Biosynthese beginnt. Wir untersuchen Polyketid-Synthasen, die Benzoyl-CoA als Startersubstrat verwenden. Benzophenon-Synthase bildet das Gerüst von polyprenylierten Benzophenonen und Xanthonen, die pharmakologisch interessante Inhaltsstoffe vornehmlich von Hypericaceae sind. Biphenyl-Synthase erstellt das Skelett von Biphenylen und Dibenzofuranen, die als Abwehrstoffe von Apfel und Birne (Rosaceae) dienen. In Gentianaceae ist der Starter für PKS ein 3-hydroxyliertes Substrat. Biphenylcarboxylat-Synthase bildet Amarogentin, welches der bitterste Naturstoff ist. Die Benzophenon-Synthasen aus Gentianaceae bevorzugen ein Startersubstrat mit sogar drei 3-Hydroxybenzoyl-Resten. Wir haben Transkripte für eine Anzahl von PKS isoliert, die (3- Hydroxy)Benzoyl-CoA verwenden. Die molekularen und kinetischen Eigenschaften der Enzyme wurden ermittelt. Der Einfluss von einzelnen und multiplen Mutationen wurde untersucht. Die Kristallisierung der Enzyme zur Gewinnung von strukturellen Einblicken war herausfordernd. Unsere Ergebnisse tragen sowohl zum grundlegenden Verständnis der pflanzlichen Polyketid-Biosynthese als auch zur Entwicklung von Strategien für die biotechnologische Produktion von vielversprechenden Polyketiden bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Benzophenone Synthase and Chalcone Synthase Accumulate in the Mesophyll of Hypericum perforatum Leaves at Different Developmental Stages. Frontiers in Plant Science, 7(2016, 6, 29).
Belkheir, Asma K.; Gaid, Mariam; Liu, Benye; Hänsch, Robert & Beerhues, Ludger
-
Biotechnological Production of Prenylated Xanthones for Pharmaceutical Use. Pharmaceutical Biocatalysis (2019, 11, 7), 103-142. Jenny Stanford Publishing.
Gaid, Mariam; Singh, Poonam; El-Awaad, Islam; Nagia, Mohamed & Beerhues, Ludger
