Поширення кластерів генів біосинтезу комлестатину та подібних сполук у представників роду Streptomyces

  • О. С. Ющук Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна, 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4
  • К. А. Жукровська Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна, 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4
  • В. О. Федоренко Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна, 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v30.1474
Ключові слова: комплестатин, кластери генів біосинтезу, стрептоміцети, майнинг геномів

Анотація

Мета. У цій роботі проаналізовано 2664 геномів представників роду Streptomyces (послідовності яких доступні в базі даних GenBank) з метою пошуку кластерів біосинтетичних генів (КБГ), подібних до КБГ комплестатину. На основі послідовностей знайдених КБГ було реконструйовано біосинтетичні шляхи, що дозволило оцінити структурну різноманітність комплестатин-подібних сполук, які походять із природніх джерел. Методи. В роботі застосовано набір загальновживаних програм для пошуку КБГ та філогенетичної реконструкції. Результати. Комплестатин-подібні КБГ було знайдено в 53 геномах, хоча лише 33 локалізовувались в межах одного контігу – інші КБГ були неповні або фрагментовані. Реконструкція мультилокусної філогенії 33 знайдених повних КБГ та КБГ комплестатину дозволила виокремити п’ять філогенетичних підгруп. Представники кожної підгрупи мали характерну генетичну організацію КБГ. Реконструкція потенційних біосинтетичних шляхів, кодованих у знайдених КБГ, показала, що ці КБГ можуть кодувати біосинтез деяких нових похідних комплестатину, а саме норкомплестатину, N-малоніл-норкомплестатину та N-ацетил-норкомплестатину. Висновки. Комплестатин-подібні КБГ є розповсюдженими серед стрептоміцетів та можуть кодувати біосинтез нових похідних комплестатину, що заслуговує подальшого експериментального вивчення.

Посилання

Yushchuk O., Ostash B. Glycopeptide antibiotics: genetics, chemistry, and new acreening approaches. in Natural Products from Actinomycetes: Diversity, Ecology and Drug Discovery. 2022. P. 411–444. doi: 10.1007/978-981-16-6132-7_16.

Kaneko I., Kamoshida K., Takahashi S. Complestain, a potent anti-complement substance produced by Streptomyces lavendulae. I. Fermentation, isolation and biological characterization. J. Antibiot. (Tokyo). 1989. Vol. 42. P. 236–241. doi: 10.7164/antibiotics.42.236.

Culp E.J., Waglechner N., Wang W., Fiebig-Comyn A.A., Hsu Y.P., Koteva K., Sychantha D., Coombes B.K., van Nieuwenhze M.S., Brun Y.V. et al. Evolution-guided discovery of antibiotics that inhibit peptidoglycan remodelling. Nature. 2020. Vol. 578. P. 582–587. doi: 10.1038/s41586-020-1990-9.

Park Ji-Su, Choi Ha-Young, Kim Won-Gon. The nitrite transporter facilitates biofilm formation via suppression of nitrite reductase and is a new antibiofilm target in Pseudomonas aeruginosa. mBio. 2020. Vol. 11. P. e00878-20. doi: 10.1128/mBio.00878-20.

Momota K., Kaneko I., Kimura S., Mitamura K., Shimada K. Inhibition of human immunodeficiency virus type-1-induced syncytium formation and cytopathicity by complestatin. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1991. Vol. 179. P. 243–250. doi: 10.1016/0006-291X(91)91361-F.

Seo S.Y., Yun B.S., Ryoo I.J., Choi J.S., Joo C.K., Chang S.Y., Chung J.M., Oh S., Gwag B.J., Yoo I.D. Complestatin is a noncompetitive peptide antagonist of N-methyl-D-aspartate and α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid/kainate receptors: secure blockade of ischemic neuronal death. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2001. Vol. 299. P. 377–384.

Kim E.C., Yun B.S., Ryoo I.J., Min J.K., Won M.H., Lee K.S., Kim Y.M., Yoo I.D., Kwon Y.G. Complestatin prevents apoptotic cell death: inhibition of a mitochondrial caspase pathway through AKT/PKB activation. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004. Vol. 313. P. 193–204. doi: 10.1016/j.bbrc.2003.11.104.

Chiu H.T., Hubbard B.K., Shah A.N., Eide J., Fredenburg R.A., Walsh C.T., Khosla C. Molecular cloning and sequence analysis of the complestatin biosynthetic gene cluster. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001. Vol. 98. P. 8548–8553. doi: 10.1073/pnas.151246498.

Park O.K., Choi H.Y., Kim G.W., Kim W.G. Generation of new complestatin analogues by heterologous expression of the complestatin biosynthetic gene cluster from Streptomyces chartreusis AN1542. ChemBioChem. 2016. Vol. 17. P. 1725–1731. doi: 10.1002/cbic.201600241.

Waglechner N., McArthur A.G., Wright G.D. Phylogenetic reconciliation reveals the natural history of glycopeptide antibiotic biosynthesis and resistance. Nat. Microbiol. 2019. Vol. 4. P. 1862–1871. doi: 10.1038/s41564-019-0531-5.

Medema M.H., Takano E., Breitling R. Detecting sequence homology at the gene cluster level with multigeneblast. Mol. Biol. Evol. 2013. Vol. 30. P. 1218–1223. doi: 10.1093/molbev/mst025.

Blin K., Shaw S., Kloosterman A.M., Charlop-Powers Z., Van Wezel G.P., Medema M.H., Weber T. AntiSMASH 6.0: improving cluster detection and comparison capabilities. Nucleic Acids Res. 2021. Vol. 49. P. W29–W35. doi: 10.1093/nar/gkab335.

Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol. 2018. Vol. 35. P. 1547–1549. doi: 10.1093/molbev/msy096.

Jones D.T., Taylor W.R., Thornton J.M. The rapid generation of mutation data matrices from protein sequences. Bioinformatics 1992. Vol. 8. P. 275–282. doi: 10.1093/bioinformatics/8.3.275.

Kearse M., Moir R., Wilson A., Stones-Havas S., Cheung M., Sturrock S., Buxton S., Cooper A., Markowitz S., Duran C. et al. Geneious Basic: an integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data. Bioinformatics. 2012. Vol. 28. P. 1647–1649. doi: 10.1093/bioinformatics/bts199.