Structural studies on DltA provide insights into the reaction mechanism of NRPS adenylation domains

Abstract

DltA (D-Alanin-D-Alanyl carrier Protein Ligase) und DltC (D-Alanyl carrier Protein) sind an der D-Alanylierung der Teichonsäuren von Gram-positiven Bakterien beteiligt. DltA ist ein Mitglied der Familie der Adenylat-bildenden Enzyme und katalysiert die ATP-abhängige Aktivierung von D-Ala sowie seine Übertragung auf den DltC-Phosphopantethein-Cofaktor. Die katalysierten Reaktionen ähneln denen der nicht-ribosomalen Peptid-Synthasen (NRPSs). DltA und DltC konnten in dieser Arbeit kristallisiert werden, und die Röntgenkristallstruktur von DltA wurde gelöst. Aminosäure Cys268 wurde als potentieller Kandidat für die Bestimmung der für DltA beobachteten D-Ala-Substratspezifität identifiziert. Ein Vergleich der verfügbaren Adenylierungs-Domäne Strukturen legt die Vermutung nahe, dass diese Enzyme in verschiedenen metastabilen Konformationen vorliegen können, die nur durch geringe energetische Unterschiede charakterisiert sind.

DltA (D-alanine-D-alanyl carrier protein ligase) and DltC (D-alanyl carrier protein) are involved in the D-alanylation of lipoteichoic acids of gram-positive bacteria. DltA catalyzes the adenylation of D-alanine and its subsequent transfer to the thiol group of the DltC 4′-phosphopantetheine cofactor. These reactions, which classify them into a superfamily of adenylate forming enzymes that also includes adenylation (A) domains of non-ribosomal peptide synthetases (NRPSs), involve large scale domain rearrangements. Both proteins were crystallized and the structure of DltA was solved, revealing Cys268 as a major determinant for D-alanine substrate specificity. The structure displayed a conformation relevant to the thiolation reaction. Modelling based on known A-domain structures suggests that these enzymes exist in a number of metastable states, whereby small changes in electrostatics can lead to reorganization of the two domains.