Dokument: Application of C3-methyltransferases for natural product synthesis

Titel:	Application of C3-methyltransferases for natural product synthesis
Weiterer Titel:	Anwendung von C3-Methyltransferasen für die Naturstoffsynthese
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=71085
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20251028-125830-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Haase, Mona [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 25,83 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.10.2025 / geändert 24.10.2025
Beitragende:	Prof. Dr. Pietruszka, Jörg [Gutachter] Prof. Dr. Gohlke, Holger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Natural products play a vital role in drug development, either directly as pharmaceuticals or as templates for designing target-specific therapeutics. The chemical synthesis of these compounds often presents significant challenges, requiring multiple reaction steps and hazardous reagents. One prominent structural motif found in numerous bioactive natural products is the hexahydropyrrolo[2,3-b]indole (HPI) framework. Its unique tricyclic structure and diverse biological activities have driven significant synthetic interest, yet traditional methods struggle to achieve stereoselectivity efficiently. This thesis aims to develop a biocatalytic route for synthesising the HPI motif using methyltransferases (MTases), which catalyses C3-methylation of tryptophan-based cyclic dipeptides (DKPs). The MTase StspM1 from Streptomyces sp. HPH0547 was selected as the starting point for these studies: Optimised reaction conditions, enzyme immobilisation, and S-adenosyl methionine (SAM) cofactor recycling were investigated to create a scalable, efficient method. To broaden the understanding of their catalytic functions, homologs of StspM1 were explored, focusing on their structure and mechanism. This investigation was supported by two crystal structures obtained during the study. Computational docking and mutagenesis confirmed key residues critical for activity. Among these homologs, SgMT from Streptomyces griseoviridis was successfully integrated into the total synthesis of the natural product lansai B, demonstrating its synthetic utility. The gene clusters linked to these C3-MTases involve additional enzymes contributing to the biosynthesis of lansai B, including a second MTase, a cyclodipeptide synthase (CDPS) and a prenyltransferase (PTase). The second MTase was confirmed to function as an N-MTase. The PTase was found to prenylate the C5-position, representing the final step in the biosynthesis of lansai B This work advances biocatalytic strategies for synthesising complex natural product frameworks, offering new methodologies for pharmaceutical development. Naturstoffe sind eine wichtige Quelle für neue Arzneimittel – entweder direkt als Wirkstoffe oder als Vorlage für deren Entwicklung. Ihre chemische Synthese ist jedoch oft komplex und erfordert viele Schritte sowie den Einsatz gefährlicher Reagenzien. Ein zentrales Strukturelement vieler bioaktiver Naturstoffe ist das Hexahydropyrrolo[2,3-b]indol (HPI)-Gerüst. Aufgrund seiner besonderen trizyklischen Struktur und biologischen Aktivität ist es ein attraktives Ziel für die Synthese, doch klassische Methoden stoßen dabei häufig an ihre Grenzen, insbesondere bei der Stereokontrolle. In dieser Arbeit wurde eine biokatalytische Methode entwickelt, um das HPI-Motiv mithilfe von Methyltransferasen (MTasen) herzustellen. Die untersuchten Enzyme katalysieren die C3-Methylierung von tryptophanbasierten Diketopiperazinen. Ausgangspunkt war die MTase StspM1 aus Streptomyces sp. HPH0547. Durch die Optimierung von Reaktionsbedingungen, Enzymimmobilisierung und Cofaktor-Regeneration konnte ein effizienter, skalierbarer Prozess etabliert werden. Zusätzlich wurden verwandte Enzyme von StspM1 untersucht, um ihre Struktur und Funktion besser zu verstehen. Zwei Kristallstrukturen, Mutagenese-Experimente und Docking Experimente halfen, die entscheidenden Aminosäuren für die Aktivität zu identifizieren. Die MTase SgMT aus Streptomyces griseoviridis wurde im Detail untersucht und erfolgreich in die Totalsynthese des Naturstoffs Lansai B integriert. Darüber hinaus wurde das Gencluster in Streptomyces griseoviridis untersucht, welches neben der C3-MTase auch eine N-MTase, eine Cyclodipeptidsynthase (CDPS) und eine Prenyltransferase (PTase) enthält. Insgesamt zeigt diese Arbeit, wie Biokatalyse neue Wege zur Synthese komplexer Naturstoffe eröffnet – und damit spannende Perspektiven für die pharmazeutische Wirkstoffentwicklung bietet.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Bioorganische Chemie
Dokument erstellt am:	28.10.2025
Dateien geändert am:	28.10.2025
Promotionsantrag am:	18.06.2025
Datum der Promotion:	08.09.2025