TY - JOUR A1 - Raz, Keren A1 - Driller, Ronja A1 - Brück, Thomas A1 - Loll, Bernhard A1 - Major, Dan T. T1 - Understanding the role of active site residues in CotB2 catalysis using a cluster model JF - Beilstein Journal of Organic Chemistry PY - 2020/// VL - 16 SP - 50 EP - 59 SN - 1860-5397 DO - 10.3762/bjoc.16.7 PB - Beilstein-Institut JA - Beilstein J. Org. Chem. UR - https://doi.org/10.3762/bjoc.16.7 KW - active site KW - CotB2 cyclase KW - diterpene KW - mechanism KW - quantum mechanics N2 - Terpene cyclases are responsible for the initial cyclization cascade in the multistep synthesis of a large number of terpenes. CotB2 is a diterpene cyclase from Streptomyces melanosporofaciens, which catalyzes the formation of cycloocta-9-en-7-ol, a precursor to the next-generation anti-inflammatory drug cyclooctatin. In this work, we present evidence for the significant role of the active site's residues in CotB2 on the reaction energetics using quantum mechanical calculations in an active site cluster model. The results revealed the significant effect of the active site residues on the relative electronic energy of the intermediates and transition state structures with respect to gas phase data. A detailed understanding of the role of the enzyme environment on the CotB2 reaction cascade can provide important information towards a biosynthetic strategy for cyclooctatin and the biomanufacturing of related terpene structures. ER - TY - JOUR AU - Knowles, J. R. JF - Nature PY - 1991/// VL - 350 SP - 121 EP - 124 DO - 10.1038/350121a0 ER - TY - JOUR AU - Warshel, A. JF - Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. PY - 1978/// VL - 75 SP - 5250 EP - 5254 DO - 10.1073/pnas.75.11.5250 ER - TY - JOUR AU - Christianson, D. W. JF - Chem. Rev. PY - 2017/// VL - 117 SP - 11570 EP - 11648 DO - 10.1021/acs.chemrev.7b00287 ER - TY - JOUR AU - Devappa, R. K. AU - Makkar, H. P. S. AU - Becker, K. JF - J. Am. Oil Chem. Soc. PY - 2011/// VL - 88 IS - 3 SP - 301 EP - 322 DO - 10.1007/s11746-010-1720-9 ER - TY - JOUR AU - Singh, B. AU - Sharma, R. A. JF - 3 Biotech PY - 2015/// VL - 5 SP - 129 EP - 151 DO - 10.1007/s13205-014-0220-2 ER - TY - JOUR AU - Schwab, W. AU - Davidovich-Rikanati, R. AU - Lewinsohn, E. JF - Plant J. PY - 2008/// VL - 54 IS - 4 SP - 712 EP - 732 DO - 10.1111/j.1365-313x.2008.03446.x ER - TY - BOOK AU - Dewick, P. M. T1 - Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach PY - 2001/// DO - 10.1002/0470846275 PB - John Wiley & Sons CY - Hoboken, NJ ER - TY - JOUR AU - Radhakrishna, S. AU - Kumari, P. S. JF - Adv. Appl. Sci. Res. PY - 2018/// VL - 5 IS - 3 SP - 94 EP - 101 ER - TY - JOUR AU - Rates, S. M. K. JF - Toxicon PY - 2001/// VL - 39 SP - 603 EP - 613 DO - 10.1016/s0041-0101(00)00154-9 ER - TY - JOUR AU - Gershenzon, J. AU - Dudareva, N. JF - Nat. Chem. Biol. PY - 2007/// VL - 3 SP - 408 EP - 414 DO - 10.1038/nchembio.2007.5 ER - TY - JOUR AU - Gonzalez-Burgos, E. AU - Gomez-Serranillos, M. P. JF - Curr. Med. Chem. PY - 2012/// VL - 19 IS - 31 SP - 5319 EP - 5341 DO - 10.2174/092986712803833335 ER - TY - CHAP AU - Croteau, R. AU - Hezari, M. AU - Hefner, J. AU - Koepp, A. AU - Lewis, N. G. T2 - Paclitaxel Biosynthesis - The Early Steps T1 - Taxane Anticancer Agents - Basic Science and Current Status PY - 1994/// VL - 583 SP - 72 EP - 80 DO - 10.1021/bk-1995-0583.ch005 PB - American Chemical Society CY - Washington, DC A2 - Georg, G. I. A2 - Chen, T. T. A2 - Ojima, I. A2 - Vyas, D. M. T3 - ACS Symposium Series ER - TY - JOUR AU - Cane, D. E. JF - Chem. Rev. PY - 1990/// VL - 90 SP - 1089 EP - 1103 DO - 10.1021/cr00105a002 ER - TY - JOUR AU - Christianson, D. W. JF - Chem. Rev. PY - 2006/// VL - 106 SP - 3412 EP - 3442 DO - 10.1021/cr050286w ER - TY - JOUR AU - Tholl, D. JF - Curr. Opin. Plant Biol. PY - 2006/// VL - 9 SP - 297 EP - 304 DO - 10.1016/j.pbi.2006.03.014 ER - TY - JOUR AU - Zwenger, S. AU - Basu, C. JF - Biotechnol. Mol. Biol. Rev. PY - 2008/// VL - 3 SP - 1 EP - 7 ER - TY - JOUR AU - Janke, R. AU - Görner, C. AU - Hirte, M. AU - Brück, T. AU - Loll, B. JF - Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr. PY - 2014/// VL - 70 SP - 1528 EP - 1537 DO - 10.1107/s1399004714005513 ER - TY - JOUR AU - Whittington, D. A. AU - Wise, M. L. AU - Urbansky, M. AU - Coates, R. M. AU - Croteau, R. B. AU - Christianson, D. W. JF - Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. PY - 2002/// VL - 99 SP - 15375 EP - 15380 DO - 10.1073/pnas.232591099 ER - TY - JOUR AU - Lesburg, C. A. AU - Zhai, G. AU - Cane, D. E. AU - Christianson, D. W. JF - Science PY - 1997/// VL - 277 SP - 1820 EP - 1824 DO - 10.1126/science.277.5333.1820 ER - TY - JOUR AU - Starks, C. M. AU - Back, K. AU - Chappell, J. AU - Noel, J. P. JF - Science PY - 1997/// VL - 277 SP - 1815 EP - 1820 DO - 10.1126/science.277.5333.1815 ER - TY - JOUR AU - Wendt, K. U. AU - Poralla, K. AU - Schulz, G. E. JF - Science PY - 1997/// VL - 277 SP - 1811 EP - 1815 DO - 10.1126/science.277.5333.1811 ER - TY - JOUR AU - Köksal, M. AU - Jin, Y. AU - Coates, R. M. AU - Croteau, R. AU - Christianson, D. W. JF - Nature PY - 2011/// VL - 469 SP - 116 EP - 120 DO - 10.1038/nature09628 ER - TY - JOUR AU - Croteau, R. JF - Chem. Rev. PY - 1987/// VL - 87 SP - 929 EP - 954 DO - 10.1021/cr00081a004 ER - TY - JOUR AU - Brück, T. AU - Kourist, R. AU - Loll, B. JF - ChemCatChem PY - 2014/// VL - 6 SP - 1142 EP - 1165 DO - 10.1002/cctc.201300733 ER - TY - JOUR AU - Tantillo, D. J. JF - Nat. Prod. Rep. PY - 2011/// VL - 28 SP - 1035 EP - 1053 DO - 10.1039/c1np00006c ER - TY - JOUR AU - Hess, B. A., Jr AU - Smentek, L. AU - Noel, J. P. AU - O’Maille, P. E. JF - J. Am. Chem. Soc. PY - 2011/// VL - 133 SP - 12632 EP - 12641 DO - 10.1021/ja203342p ER - TY - JOUR AU - Tantillo, D. J. JF - Angew. Chem., Int. Ed. PY - 2017/// VL - 56 IS - 34 SP - 10040 EP - 10045 DO - 10.1002/anie.201702363 ER - TY - JOUR AU - Dixit, M. AU - Weitman, M. AU - Gao, J. AU - Major, D. T. JF - ACS Catal. PY - 2017/// VL - 7 IS - 1 SP - 812 EP - 818 DO - 10.1021/acscatal.6b02584 ER - TY - JOUR AU - Weitman, M. AU - Major, D. T. JF - J. Am. Chem. Soc. PY - 2010/// VL - 132 SP - 6349 EP - 6360 DO - 10.1021/ja910134x ER - TY - JOUR AU - Major, D. T. AU - Weitman, M. JF - J. Am. Chem. Soc. PY - 2012/// VL - 134 SP - 19454 EP - 19462 DO - 10.1021/ja308295p ER - TY - JOUR AU - Gao, J. AU - Ma, S. AU - Major, D. T. AU - Nam, K. AU - Pu, J. AU - Truhlar, D. G. JF - Chem. Rev. PY - 2006/// VL - 106 SP - 3188 EP - 3209 DO - 10.1021/cr050293k ER - TY - JOUR AU - Major, D. T. AU - Freud, Y. AU - Weitman, M. JF - Curr. Opin. Chem. Biol. PY - 2014/// VL - 21 SP - 25 EP - 33 DO - 10.1016/j.cbpa.2014.03.010 ER - TY - JOUR AU - Ansbacher, T. AU - Freud, Y. AU - Major, D. T. JF - Biochemistry PY - 2018/// VL - 57 SP - 3773 EP - 3779 DO - 10.1021/acs.biochem.8b00452 ER - TY - JOUR AU - Dixit, M. AU - Weitman, M. AU - Gao, J. AU - Major, D. T. JF - ACS Catal. PY - 2017/// VL - 7 SP - 812 EP - 818 DO - 10.1021/acscatal.6b02584 ER - TY - JOUR AU - Freud, Y. AU - Ansbacher, T. AU - Major, D. T. JF - ACS Catal. PY - 2017/// VL - 7 SP - 7653 EP - 7657 DO - 10.1021/acscatal.7b02824 ER - TY - JOUR AU - Major, D. T. JF - ACS Catal. PY - 2017/// VL - 7 SP - 5461 EP - 5465 DO - 10.1021/acscatal.7b01328 ER - TY - JOUR AU - Newman, D. J. AU - Cragg, G. M. JF - J. Nat. Prod. PY - 2016/// VL - 79 SP - 629 EP - 661 DO - 10.1021/acs.jnatprod.5b01055 ER - TY - JOUR AU - Hong, Y. J. AU - Tantillo, D. J. JF - Org. Biomol. Chem. PY - 2015/// VL - 13 SP - 10273 EP - 10278 DO - 10.1039/c5ob01785h ER - TY - JOUR AU - Sato, H. AU - Teramoto, K. AU - Masumoto, Y. AU - Tezuka, N. AU - Sakai, K. AU - Ueda, S. AU - Totsuka, Y. AU - Shinada, T. AU - Nishiyama, M. AU - Wang, C. AU - Kuzuyama, T. AU - Uchiyama, M. JF - Sci. Rep. PY - 2015/// VL - 5 IS - 1 DO - 10.1038/srep18471 ER - TY - JOUR AU - Kim, S.-Y. AU - Zhao, P. AU - Igarashi, M. AU - Sawa, R. AU - Tomita, T. AU - Nishiyama, M. AU - Kuzuyama, T. JF - Chem. Biol. PY - 2009/// VL - 16 SP - 736 EP - 743 DO - 10.1016/j.chembiol.2009.06.007 ER - TY - JOUR AU - Meguro, A. AU - Motoyoshi, Y. AU - Teramoto, K. AU - Ueda, S. AU - Totsuka, Y. AU - Ando, Y. AU - Tomita, T. AU - Kim, S.-Y. AU - Kimura, T. AU - Igarashi, M. AU - Sawa, R. AU - Shinada, T. AU - Nishiyama, M. AU - Kuzuyama, T. JF - Angew. Chem., Int. Ed. PY - 2015/// VL - 54 IS - 14 SP - 4353 EP - 4356 DO - 10.1002/anie.201411923 ER - TY - JOUR AU - Driller, R. AU - Janke, S. AU - Fuchs, M. AU - Warner, E. AU - Mhashal, A. R. AU - Major, D. T. AU - Christmann, M. AU - Brück, T. AU - Loll, B. JF - Nat. Commun. PY - 2018/// VL - 9 DO - 10.1038/s41467-018-06325-8 ER - TY - JOUR AU - Tantillo, D. J. AU - Jiangang, C. AU - Houk, K. N. JF - Curr. Opin. Chem. Biol. PY - 1998/// VL - 2 SP - 743 EP - 750 DO - 10.1016/s1367-5931(98)80112-9 ER - TY - JOUR AU - Siegbahn, P. E. M. AU - Himo, F. JF - Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. PY - 2011/// VL - 1 IS - 3 SP - 323 EP - 336 DO - 10.1002/wcms.13 ER - TY - JOUR AU - Grimme, S. AU - Steinmetz, M. JF - Phys. Chem. Chem. Phys. PY - 2013/// VL - 15 SP - 16031 EP - 16042 DO - 10.1039/c3cp52293h ER - TY - JOUR AU - Mati, I. K. AU - Cockroft, S. L. JF - Chem. Soc. Rev. PY - 2010/// VL - 39 SP - 4195 EP - 4205 DO - 10.1039/b822665m ER - TY - COMP T1 - Gaussian 16, Revision A. 03 PY - 2016/// PB - Gaussian, Inc. CY - Wallingford, CT ER - TY - JOUR AU - Zhao, Y. AU - Truhlar, D. G. JF - Theor. Chem. Acc. PY - 2008/// VL - 120 SP - 215 EP - 241 DO - 10.1007/s00214-007-0310-x ER -