Interfakultäres Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin

Lantibiotika-Forschung

Lantibiotika wie Epidermin, Nisin, Pep5 und Subtilin werden an den Ribosomen als Präpeptide synthetisiert und posttranslational in reife Peptide umgewandelt (siehe Publikation (1). Sie sind charakterisiert durch die Anwesenheit von Thioether-Aminosäuren, (2S,6R)-Meso-Lanthionin und (2S, 3S, 6R)-3-Methyllanthionin. Neben den Thioether–Aminosäuren kommen in manchen Lantibiotika auch noch andere ungewöhnliche Aminosäuren wie zum Beispiel Didehydroalanin, Didehydrobutyrin, und D-Alanin vor. Im Gegensatz zu den ähnlichen Lantibiotika Nisin und Pep5 enthält Epidermin am C-Terminus als Strukturelement S-[(Z)-2-aminovinyl]-D-Cystein. Die Dehydration von Serin- und Threoninresten sowie die Ausbildung von Sulfidbrücken sind mögliche Modikfikationen bei der Biosynthese von Lantibiotika.

Wie durch Sequenzierung des Strukturgens epiA (2) herausgefunden wurde, wird Epidermin zunächst als 52-Aminosäuren langes Präpeptid EpiA synthetisiert. Dieses Präpeptid besteht aus einem N-terminalen Signalpeptid mit Aminosäuren von Position -30 bis -1 und dem C-terminalen Proepidermin mit Aminosäuren von Position +1 bis +22. Anschließend wird es posttranslational modifiziert und zum reifen, tetrazyklischen, 22-Aminosäuren langen Peptidantibiotikum prozessiert. Das Strukturgen epiA wird flankiert von epiB, epiC und epiD, deren Genprodukte wiederum an der Modifikation des Präpeptid EpiA (3,4) beteiligt sind. Zwei zusätzliche Gene, epiQ und epiP, sind “downstream”, also in entgegengesetzter Richtung von epiD kodiert. EpiQ reguliert die Epiderminproduktion durch Aktivierung der Transkription am epiA Promotor, welcher für die Transkription der meisten Epidermin-Biosynthesegene verwendet wird (5). Durch das Plasmid pTepi14, welches die beiden Transkriptionseinheiten epiABCD und epiPQ besitzt, kann der heterologe Wirtsorganismus Staphylococcus carnosus Epidermin synthetisieren (3).

Im Moment untersuchen wir die Rolle der Enzyme EpiB, EpiC, EpiD und EpiP bei der Epidermin-Biosynthese. epiD kodiert für ein Flavoprotein (6), welches die oxidative Decarboxylierung am C-terminalen Cystein des Vorläuferpeptids EpiA katalysiert (7-9). Demnach ist EpiD an der Bildung des modifizierten C-Terminus von Epidermin beteiligt. Der finale Modifizierungsschritt der Lantiobiotika-Biosynthese ist schließlich das Entfernen des Signalpeptids. Dieser Schritt wird durch die Serinprotease EpiP katalysiert (10).

Ausgewählte Referenzen:

  1. Sahl, H.-G., R. W. Jack, and G. Bierbaum. 1995. Biosynthesis and biological activities of lantibiotics with unique post-translational modifications. Eur. J. Biochem. 230:827-853. [PubMed]
  2. Schnell, N., K.-D. Entian, U. Schneider, F. Götz, H. Zähner, R. Kellner, and G. Jung. 1988. Prepeptide sequence of epidermin, a ribosomally synthesized antibiotic with four sulphide-rings. Nature. 333:276-278. [PubMed]
  3. Augustin, J., R. Rosenstein, B. Wieland, U. Schneider, N. Schnell, G. Engelke, K.-D. Entian, and F. Götz. 1992. Genetic analysis of epidermin biosynthetic genes and epidermin-negative mutants of Staphylococcus epidermidis. Eur. J. Biochem. 204:1149-1154. [PubMed]
  4. Schnell, N., G. Engelke, J. Augustin, R. Rosenstein, V. Ungermann, F. Götz, and K.-D. Entian. 1992. Analysis of genes involved in the biosynthesis of lantibiotic epidermin. Eur. J. Biochem. 204:57-68. [PubMed]
  5. Peschel, A., J. Augustin, T. Kupke, S. Stevanovic, and F. Götz. 1993. Regulation of epidermin biosynthetic genes by EpiQ. Mol. Microbiol. 9:31-39. [PubMed]
  6. Kupke, T., S. Stevanovic, H.-G. Sahl, and F. Götz. 1992. Purification and characterization of EpiD, a flavoprotein involved in the biosynthesis of the lantibiotic epidermin. J. Bacteriol. 174:5354-5361. [PubMed]
  7. Kupke, T., C. Kempter, V. Gnau, G. Jung, and F. Götz. 1994. Mass spectroscopic analysis of a novel enzymatic reaction: oxidative decarboxylation of the lantibiotic precursor peptide EpiA catalyzed by the flavoprotein EpiD. J. Biol. Chem. 269:5653-5659. [PubMed]
  8. Kupke, T., C. Kempter, G. Jung, and F. Götz. 1995. Oxidative decarboxylation of peptides catalyzed by flavoprotein EpiD: determination of substrate specificity using peptide libraries and neutral loss mass spectrometry. J. Biol. Chem. 270:11282-11289. [PubMed]
  9. Kupke, T., and F. Götz. 1997. The enethiolate anion reaction products of EpiD: pKa value of the enethiol side chain is lower than that of the thiol side chain of peptides. J. Biol. Chem. 272:4759-4762. [PubMed]
  10. Geißler, S., F. Götz, and T. Kupke. 1996. Serine-protease EpiP from Staphylococcus epidermidis catalyzes the processing of the epidermin precursor peptide. J. Bacteriol. 178(1):284-288. [PubMed]