Nieuws

Kristallografie onthult chemie

Arjen Dijkgraaf | woensdag 20 januari 2021

Bacteriën synthetiseren het antibioticum thiostrepton op een biochemisch nogal aparte manier. Dat blijkt als je met röntgenkristallografie het enzym bekijkt dat de eerste stap zet.

Thiostrepton is een natuurproduct, een cyclisch peptide, en wordt al heel lang gebruikt in de diergeneeskunde. In een petrischaaltje lijkt het te werken tegen menselijke borstkankercellen, maar in de praktijk neemt ons maagdarmkanaal de stof niet goed op. Om te experimenteren met aangepaste structuren heb je vrij grote hoeveelheden nodig en synthese in het lab is daarvoor te bewerkelijk. Dus moet je de producerende bacteriën voorzien van genetische codes voor afwijkende enzymen. Hayley Knox, Squire Booker en collega’s van Penn State University beschrijven in Nature Chemistry welke je precies nodig hebt.

Die bacteriën beginnen met methylering van tryptofaan als eerste bouwsteen. Voor zulke klusjes heeft de natuur radicaal-SAM-enzymen. Met een cluster van vier ijzer- en vier zwavelatomen zetten die het cosubstraat S-adenosylmethionine (SAM) om in een vrij radicaal dat de gewenste methylering op gang helpt.

Eerder werd echter duidelijk dat TsrM, dat de thiostreptonsynthese op gang helpt, voorlopig het enige bekende radicaal-SAM-enzym is dat niet aan vrije radicalen doet maar nucleofiele reacties katalyseert. Het zorgt dat de cofactor cobalamine, beter bekend als vitamine B12, zichzelf methyleert ten koste van SAM. Daarna pikt tryptofaan die methylgroep in. Vreemd, want cobalamine geldt als uiterst nucleofiel en tryptofaan hoort daar niet tegenop te kunnen. En hoezo houdt dat ijzer-zwavelcluster zich erbuiten?

Met röntgenkristallografie helderde Knox de 3D-structuur van TsrM uit de bacterie Kitasatospora setae op, compleet met cobalamine en cluster. Dat geeft antwoord op de laatste vraag. Het cluster wordt gesmoord door vier zijtakken van de aminozuurketen die werken als liganden: de drie in radicaal-SAM gebruikelijke cysteïnes én een ongebruikelijke glutaminezuurrest.

Wat er wel gebeurt, toont een tweede rondje kristallografie waarbij je SAM en tryptofaan laat meekristalliseren. SAM vervormt het eiwit. Pal onder het centrale kobaltion van cobalamine komt een argininebouwsteen, die dat cobalamine voldoende destabiliseert om de overdracht van een methylgroep geloofwaardig te maken. Ook ligt SAM in de juiste positie om tryptofaan alvast te ontdoen van het juiste proton, zodat het die methylgroep kan opnemen op de ‘kale’ plek. Al met al spreken de auteurs van substrate-assisted catalysis.

Het is speculatief maar klinkt niet onlogisch. De vraag is nu of radicaal-SAM-enzymen vaker zo werken. Er zijn al 115.000 sequenties van bekend, en allicht zit daar wat nuttigs tussen.

Aanmelden nieuwsbrief

Meld je nu aan voor de Medicines nieuwsbrief.

Abonneer je nu!

Partners Medicines