Interspecies complementation을 통한 마크로라이드 항생제의 당화에 관여하는 DesVIII homologue의 기능 분석

Abstract

Streptomyces venezuelae는 마크로라이드 항생제인 (neo)methymycin과 pikromycin의 생산 균주이며, 항생제의 생합성과정에서 DesVIII은 DesVII 당전이효소에 의한 TDP-D-desosamine의 당화과정을 향상시키는 보조단백질의 역할을 한다. DesVIII과 아미노산 서열이 유사한 단백질이 그 외 여러 방선균 유래의 아미노당을 포함한 항생제의 생합성 유전자 집단에 존재한다. erythromycin 생산균주인 Saccharopolyspora erythraea 유래의 eryCII, oleandomycin 생산균주인 Streptomyces antibioticus 유래의 oleP1, doxorubicin 생산균주인 Streptomyces peucetius 유래의 dnrQ와 tylosin 생산균주인 Streptomyces fradiae 유래의 tylMIII 등이 이에 속한다. 본 연구에서는 이러한 DesVIII homologue들의 기능을 알아보기 위하여 desVIII 유전자를 제거한 S. venezuelae 돌연변이주에서 각각의 유전자를 발현시키는 이종간 complementation을 수행하였다. DesVIII에 의한 자가 complementation과 비교하였을 때에, EryCII는 약 66%, OleP1은 약 26%, DnrQ는 약 26%의 당화된 마크로라이드를 생산하였으나 TylMIII의 경우 항생제가 생산되지 않았다. 본 연구를 통해 TylMIII를 제외한 DesVIII homologue들은 in vivo 당화과정에 있어 DesVIII의 기능을 대체할 수 있으며, 당전이효소의 보조단백질로서의 기능을 가진다는 것을 밝혔다. 나아가 마크로라이드와 안트라싸이클린 항생제의 당화과정에서 DesVIII과 같은 보조단백질의 필요성을 확인하였다.;The DesVIII is an auxiliary protein which enhances the glycosylation of TDP-D-desosamine catalyzed by DesVII glycosyltransferase in the biosynthesis of macrolide antibiotics, (neo)methymycin and pikromycin, in Streptomyces venezuelae ATCC 15439. Homologues of desVIII gene are present in a number of aminosugar-containing antibiotic biosynthetic gene clusters including eryCII from the erythromycin producer Saccharopolyspora erythraea, oleP1 from the oleandomycin producer Streptomyces antibioticus, dnrQ from the doxorubicin producer Streptomyces peucetius, and tylMIII from the tylosin producer Streptomyces fradiae. In order to gain further insight into the function of these DesVIII homologues, interspecies complementation experiments were carried out by expressing each gene in a desVIII deletion mutant strain of S. venezuelae. Complementation by expressing EryCII, OleP1, and DnrQ in this mutant strain restored the production of glycosylated macrolides to an approximate level of 66%, 26% and 26%, respectively, compared to self-complementation by DesVIII. However, expression of TylMIII did not restore the antibiotic production. These results suggest that the DesVIII homologues (except for TylMIII) can functionally replace the native DesVIII for glycosylation to proceed in vivo and their functions are similar in acting as glycosyltransferase auxiliary proteins thus further broadening the generality of their requirement for glycosylation in macrolide and anthracyclin antibiotics.