Enzymatische Grundlage der Proxamidin-Biosynthese im Lacktrichterling Laccaria proxima.

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Hoffmeister
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565361431

Wegen ihrer vielfältigen Bioaktivitäten sowie ihrer strukturellen Diversität bilden die von Aminosäuren abgeleiteten Metabolite eine herausragende Gruppe im Repertoire der mikrobiellen Naturstoffe. Die Ständerpilze (Basidiomycota) haben dabei vorwiegend Verbindungen evolviert, die auf monomeren Aminosäuren basieren. Der braunrote Lacktrichterling Laccaria proxima ist ein symbiontischer und in mitteleuropäischen Wäldern heimischer Pilz. Die Proxamidine sind dessen herbizide Inhaltsstoffe, deren chemische Struktur sich aus einer monomeren Aminosäure herleitet, dem L-Tryptophan. Die chemische Struktur der Proxamidine ist sehr ungewöhnlich: einerseits muss regioselektiv an Position 4 des Tryptophans ein Sauerstoffatom eingefügt werden, was bei Naturstoffen eine extrem seltene Modifikation ist. Andererseits besitzen die Proxamidine einen ungewöhnlichen achtgliedrigen Heterozyklus, der eine Formamidin-Einheit enthält. Ziel des Projektes ist, die zum Proxamidin führende Biosynthese aufzuklären sowie die beteiligten Enzyme zu charakterisieren. Von besonderem Interesse ist das vermutlich regioselektive Enzym PrxH1, eine Monooxygenase, welches wahrscheinlich die ungewöhnliche Hydroxylierung des Tryptophans an Position 4 ausführt. Eine zweite Monooxygenase, PrxH2, ist hypothetischerweise verantwortlich für die Bildung des einzigartigen achtgliedrigen Rings. Ein drittes Enzym, welches Aufmerksamkeit verdient, ist eine für Pilze bislang unbeschriebene Prenyltransferase, PrxP. Diese sorgt während der Transferreaktion gleichzeitig für die Ausbildung eines stickstoffhaltigen fünfgliedrigen Ringes, der wiederum Bestandteil des vermuteten PrxH2-Substrates ist. Das primäre Projektziel ist Aufklärung ungewöhnlicher Reaktionen bei Naturstoff-Biosynthesen. Dieses Projekt adressiert eine allgemeine Wissenslücke, da Biosynthesen in Ständerpilzen allgemein unzureichend erforscht sind. Der Bioinformatik fehlen daher essentielle Daten für die computergestützte Analyse von Erbgutsequenzen im Hinblick auf codierte Stoffwechselleistungen. Dieses Defizit ist umso gravierender, als die Ständerpilze ein Phylum von über 30.000 Arten und eine reichhaltige Quelle von bioaktiven Naturstoffen repräsentieren. Die Ergebnisse dieser Arbeiten tragen daher langfristig dazu bei, Software für solche Analysen entscheidend zu verbessern und auch für Ständerpilze verlässlich bioaktive Aminosäure-abgeleitete Substanzen in silico anhand Erbgut-Daten voraussagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen