ゲノムシーケンス、タンデム質量分析、バイオインスピレーションを受けた合成の間の相乗作用は、ノカルジオアジンB生合成に関する洞察を明らかにしています

海洋放射菌由来の天然物は、化学的および生物学的調査を引き続き鼓舞し続けています。ノカルディオアジンAおよびB（3および4）、Nocardiopsis sp。CMB-M0232は、インドールC3-プレニルとインドールC3-およびN-メチル基で官能化された2,5-ジケトピペラジン（DKP）コアを特徴とする構造的にユニークなアルカロイドです。彼らの組み立ての論理は不可解なままです。Nocardiopsis sp。のバイオインフォマティクス分析CMB-M0232ドラフトゲノムは、NOZクラスターを提供し、ゲノムの2つの領域に分割され、シクロジペプチド合成酵素（CDPS）、プレニルトランスフェラーゼ、メチルトランスフェラーゼ、シトクロームP450ホモログを含むノカルディオアジン生合成の役割を持つ推定オープンリーディングフレームをコードします。Streptomyces CoelicolorのNOZクラスターからの12の遺伝子コンティグの異種発現は、シクロ-L-TRP-L-TRP DKPの蓄積をもたらしました（5）。これにより、NOZクラスターをインドールアルカロイド天然産物生合成に実験的に結び付けました。NOZ経路のバイオインフォマティクス分析とアクチノマイセテの遺伝学の課題の結果により、非対称合成と質量分析を使用してNOZ経路の生合成中間体を決定するようになりました。仮説化された生合成中間体5および12-17の構造は、化学合成によってしっかりと確立されました。LC-MSおよびMS-MSこれらの合成化合物とNocardiopsis sp。の化学抽出物に存在する代謝物と比較。CMB-M0232は、これらの仮説中間体のどれがノカルドアジン生合成経路に関連しているかを明らかにしました。これにより、生合成経路の初期および中期が確立され、ノカルディ症がインドールC3-ノーマルプレニル化とインドールN1'メチル化がノカルディオアジンBアセンブリの前にインドールC3メチル化を行うことを示しています。これらの結果は、自然産物生合成の調査におけるバイオインフォマティクス分析、非対称合成アプローチ、および質量分析代謝産物プロファイリングのマージの有用性を強調しています。

Marine actinomycete-derived natural products continue to inspire chemical and biological investigations. Nocardioazines A and B (3 and 4), from Nocardiopsis sp. CMB-M0232, are structurally unique alkaloids featuring a 2,5-diketopiperazine (DKP) core functionalized with indole C3-prenyl as well as indole C3- and N-methyl groups. The logic of their assembly remains cryptic. Bioinformatics analyses of the Nocardiopsis sp. CMB-M0232 draft genome afforded the noz cluster, split across two regions of the genome, and encoding putative open reading frames with roles in nocardioazine biosynthesis, including cyclodipeptide synthase (CDPS), prenyltransferase, methyltransferase, and cytochrome P450 homologs. Heterologous expression of a twelve gene contig from the noz cluster in Streptomyces coelicolor resulted in accumulation of cyclo-l-Trp-l-Trp DKP (5). This experimentally connected the noz cluster to indole alkaloid natural product biosynthesis. Results from bioinformatics analyses of the noz pathway along with challenges in actinomycete genetics prompted us to use asymmetric synthesis and mass spectrometry to determine biosynthetic intermediates in the noz pathway. The structures of hypothesized biosynthetic intermediates 5 and 12-17 were firmly established through chemical synthesis. LC-MS and MS-MS comparison of these synthetic compounds with metabolites present in chemical extracts from Nocardiopsis sp. CMB-M0232 revealed which of these hypothesized intermediates were relevant in the nocardioazine biosynthetic pathway. This established the early and mid-stages of the biosynthetic pathway, demonstrating that Nocardiopsis performs indole C3-methylation prior to indole C3-normal prenylation and indole N1'-methylation in nocardioazine B assembly. These results highlight the utility of merging bioinformatics analyses, asymmetric synthetic approaches, and mass spectrometric metabolite profiling in probing natural product biosynthesis.