Structure and Mechanism of the Sphingopyxin I Lasso Peptide Isopeptidase.
Lasso peptides are natural products that assume a unique lariat knot topology. Lasso peptide isopeptidases (IsoPs) eliminate this topology through isopeptide bond cleavage. To probe how these enzymes distinguish between substrates and hydrolyze only isopeptide bonds, we examined the structure and mechanism of a previously uncharacterized IsoP from the proteobacterium Sphingopyxis alaskensis RB2256 (SpI-IsoP). We demonstrate that SpI-IsoP efficiently and specifically linearizes the lasso peptide sphingopyxin I (SpI) and variants thereof. We also present crystal structures of SpI and SpI-IsoP, revealing a threaded topology for the former and a prolyl oligopeptidase (POP)-like fold for the latter. Subsequent structure-guided mutational analysis allowed us to propose roles for active-site residues. Our study sheds light on lasso peptide catabolism and expands the engineering potential of these fascinating molecules.
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Christopher D
CD
Fage
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Julian D
JD
Hegemann
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Annika J
AJ
Nebel
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Roman M
RM
Steinbach
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Shaozhou
S
Zhu
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Uwe
U
Linne
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Klaus
K
Harms
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany.
Gert
G
Bange
Fachbereich Chemie, Fachgebiet Biochemie und LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse 4, 35032, Marburg, Germany. marahiel@staff.uni-marburg.de.
Mohamed A
MA
Marahiel
D019759:Carbon-Nitrogen Lyases / Q000737:chemistry* / Q000378:metabolism*; D008958:Models, Molecular; D011487:Protein Conformation; D042301:Sphingomonadaceae / Q000201:enzymology*
D019759:Carbon-Nitrogen Lyases; C034300:isopeptidase
hydrolases; isopeptidases; lasso peptides; natural products; protein structures