Structural Revision and Biosynthetic Pathway of Salinilactam

Abstract

Salinilactam is a polyene macrolactam previously reported from the marine actinomycete Salinispora tropica CNB-440 by spectroscopic and genetic analysis. During LC/MS-based chemical screening of Micromonospora sp. JL29 strain isolated from the dung beetle Onthophagus lenzii collected in Jeju Island, it was identified to produce salinilactam, which was unequivocally confirmed by cultivation and comparative analysis of S. tropica CNB-440 strain based on UV, MS, and the retention time of salinilactam. Because the original structure of salinilactam, which bears dienone and hexaene chromophores, is not consistent with the observed UV spectrum, a large scale production of salinilactam was performed by cultivating Micromonospora sp. JL29 for spectroscopic analysis. Comprehensive reinvestigation of NMR, MS, and UV spectroscopic data revealed that structural revision of salinilactam is required particularly in the two chromophores and the geometry of a double bond. The originally unassigned configurations of the stereogeneic centers in salinilactam were established based on J-based configuration analysis, chemical reactions, and genomic analysis. Analysis of the whole genome sequence data of the strain JL29 identified the biosynthetic pathway of salinilactam.

Salinilactam은 이미 보고되었던 해양 유래 방선균 Salinispora tropica CNB-440 균주로부터 생산되어 분광학적 방법과 유전체 분석을 통해 규명된 폴리엔 마크로락탐 물질이다. 제주도에서 채집한 렌지소똥풍뎅이에서 분리된 Micromonospora sp. JL29 균주를 LC/MS 기반의 화학적 스크리닝을 진행하던 과정에서 salinilactam을 생산하는 것이 확인되었고, S. tropica CNB-440 균주를 배양하여 UV, MS, 그리고 retention time을 토대로 비교, 분석하여 동일함을 확인하였다. Dienone과 hexaene chromophore를 가지는 salinilactam의 기존 구조와 관찰된 UV 스펙트럼이 일치하지 않기 때문에 분광학적 분석을 위해 Micromonospora sp. JL29 균주를 대량 배양하였다. NMR, MS 및 UV 분광 데이터들을 종합하여 분석한 결과, salinilactam의 두 chromophore와 이중 결합의 geometry 부분에서 구조적 오류가 발견되어 수정하였다. 기존의 구조에서 규명되지 않았던 입체 중심은 J-based 구성 분석, 화학 반응 그리고 유전체 분석을 통해 규명되었다. JL29 균주의 전장 유전체분석을 통해 얻은 시퀀스 데이터로 salinilactam의 생합성 경로를 확인하였다.