Discovery of the Lanthipeptide Curvocidin and Structural Insights into its Trifunctional Synthetase CuvL.

Journal: Angewandte Chemie (International ed. in English)
Published Date:

Abstract

Lanthipeptides are ribosomally-synthesized natural products from bacteria featuring stable thioether-crosslinks and various bioactivities. Herein, we report on a new clade of tricyclic class-IV lanthipeptides with curvocidin from Thermomonospora curvata as its first representative. We obtained crystal structures of the corresponding lanthipeptide synthetase CuvL that showed a circular arrangement of its kinase, lyase and cyclase domains, forming a central reaction chamber for the iterative substrate processing involving nine catalytic steps. The combination of experimental data and artificial intelligence-based structural models identified the N-terminal subdomain of the kinase domain as the primary site of substrate recruitment. The ribosomal precursor peptide of curvocidin employs an amphipathic α-helix in its leader region as an anchor to CuvL, while its substrate core shuttles within the central reaction chamber. Our study thus reveals general principles of domain organization and substrate recruitment of class-IV and class-III lanthipeptide synthetases.

Authors

  • Arnar Sigurdsson
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Berta M Martins
    Institut für Biologie-Strukturbiologie/Biochemie, Humboldt Universität zu Berlin, Philippstraße 13, 10115, Berlin, Germany.
  • Simon A Düttmann
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Martin Jasyk
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Benjamin Dimos-Röhl
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Felix Schöpf
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Manuel Gemander
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Caroline H Knittel
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Romina Schnegotzki
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Bianca Schmid
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Simone Kosol
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Lea Pommerening
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • María Gonzáles-Viegaz
    Institut für Biologie-Strukturbiologie/Biochemie, Humboldt Universität zu Berlin, Philippstraße 13, 10115, Berlin, Germany.
  • Maria Seidel
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Manuela Hügelland
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Silke Leimkühler
    Institut für Biochemie und Biologie, Universität Potsdam, Karl-Liebknecht-Str. 24-25, 14476, Potsdam, Germany.
  • Holger Dobbek
    Institut für Biologie-Strukturbiologie/Biochemie, Humboldt Universität zu Berlin, Philippstraße 13, 10115, Berlin, Germany.
  • Andi Mainz
    Fakultät II-Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 124, 10623, Berlin, Germany.
  • Roderich D Süssmuth
    Institut für Chemie, Technische Universität Berlin, Strasse des 17. Juni 124, Berlin, 10623, Germany.