Charakterisierung des prenylierten Peptid-Naturstoffes Nanmadolamid und der für die Biosynthese essentiellen Peptid-Prenyltransferase NcbP

• Antragsteller: Dr. Florian Hubrich
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576514428

Das Projekt zielt darauf ab, das Potential von Peptid-Prenyltransferasen und der von ihnen biosynthetisierten Naturstoffe ribosomalen Ursprungs zu erweitern. Hierzu haben wir nach intensiven und gezielten Genomdatenanalysen einen Biosynthese-Gencluster aus einem Cyanobakterium ausgewählt. Basierend auf unseren bioinformatischen Analysen kodiert dieser Biosyntheseweg für eine Peptid-Prenyltransferase, die das Spektrum der prenylierten Aminosäureseitenketten, einer kürzlich neu beschriebenen Peptid-Prenyltransferasefamilie, über die Prenylierung von Tryptophan hinaus diversifiziert. Unsere Vorarbeiten mit heterologer Expression des Biosynthese-Genclusters in Escherichia coli bestätigen unsere Hypothese und bilden eine gute Ausgangslage für das Projekt. Um das Projekt zu realisieren schlagen wir einen Arbeitsplan mit vier Teilprojekten vor: Im ersten Teilprojekt planen wir die Produktion des auf Basis der Vorarbeiten postulierten finalen Naturstoffs (Nanmadolamid genannt) in E. coli zu optimieren, um ausreichende Mengen für dessen strukturelle Charakterisierung und Bioaktivitätstestung zu erhalten. Entsprechend sind die beiden weiteren Ziele des ersten Teilprojekts die anschließende strukturelle Charakterisierung des Naturstoffs und die Testung der Bioaktivität des Naturstoffs gegen pathogene Bakterien. Im zweiten und dritten Teilprojekten werden wir das biosynthetische und biokatalytische Potential der an der Biosynthese von Nanmadolamid entscheidend beteiligten Peptid-Prenyltransferase NcbP untersuchen. Hierzu werden wir im zweiten Teilprojekt verschiedene Varianten des Peptidsubstrates von NcbP durch Mutagenese erzeugen und anschließend durch Co-Produktion mit NcbP in E. coli prenylieren. Die erhaltenen Ergebnisse geben Aufschluss über das akzeptierte Substratspektrum von NcbP. Im dritten Teilprojekt werden wir einen enzymologischen Prenylierungsassay entwickeln und optimieren, die Abhängigkeit der Prenyltransferase NcbP von einer Peptidsubstrat-Erkennungssequenz testen und diese gegebenenfalls durch Mutagenese-Experimente umgehen. Basierend auf diesen Arbeiten und den Resultaten aus Teilprojekt zwei werden wir abschließend nicht-natürliche Peptidsubstrate im Assay testen, um das biokatalytische Potential von NcbP für die Prenylierung verschiedenster Peptidsubstrate zu evaluieren. Final werden wir versuchen die Biosynthese von Nanmadolamid und seinen Derivaten im cyanobakteriellen Produzenten und/oder mittels heterologer Expression in einem cyanobakteriellen Wirt nachzuweisen. Insgesamt wird das Projekt die Vielfalt der Peptid-Prenyltransferasen und der mit ihnen zugänglichen prenylierten Peptide erweitern, um ihr Potenzial für die Optimierung und Entwicklung von Arzneimittelkandidaten zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen