フラビン依存性 N-水酸化酵素：分布と応用

Flavin-dependent N-hydroxylating enzymes: distribution and application.

• Carolin Mügge
• Thomas Heine
• Alvaro Gomez Baraibar
• Willem J H van Berkel
• Caroline E Paul
• Dirk Tischler

抄録

天然に豊富に存在するアミノ酸または（ジ）アミンに由来するアミノ基は、酸素移動のための自然界の「シャトル」として使用され、Ｎ-ヒドロキシ、オキサジン、イソオキサゾリジン、ニトロ、ニトロン、オキシム、Ｃ-、Ｓ-、またはＮ-ニトロソ、アゾキシ単位などのＮ-Ｏ官能基からなる中間体または生成物を提供することができる。この目的のために、分子状酸素は、フラビン、ヘム、または金属補酵素を含有する酵素によって活性化され、最初にＮ-ヒドロキシ化合物を得るために移動され、これはさらに官能化され得る。このレビューでは、フラビン依存性のＮ-ヒドロキシ化酵素に焦点を当て、この酵素は、シデロフォアまたは抗菌剤のような二次代謝物の生産に大きな役割を果たしている。高等生物（特に、ヒトにおいて）のフラボタンパク質モノオキシゲナーゼは、窒素含有二次代謝物と相互作用することができるか、または解毒代謝に関連しており、したがって、潜在的な医療応用を理解する上で重要である。Ｎ-水酸化反応を触媒する多くの酵素は、特定の基質スコープを有し、他のものはむしろ緩和されている。様々なN-OまたはN-Nを構成する分子へのその後の変換も記載されています。全体的に、フラビン依存性のN-水酸化酵素は、アミン、ジアミン、アミノ酸、アミノ糖、アミノ芳香族化合物を受け入れることができ、したがって、N-Oモチーフを含む化合物の多様なファミリーへのアクセスを提供します。天然の役割と合成用途が強調されています。キーポイント - 天然および（半）合成生成物を構成する N-O および N-N を強調している。 メカニズム、構造、および系統に関するフラビンベースの NMO をレビューしている。 天然物形成および合成アプローチにおけるアプリケーションを提供している。グラフィカルアブストラクト .

Amino groups derived from naturally abundant amino acids or (di)amines can be used as "shuttles" in nature for oxygen transfer to provide intermediates or products comprising N-O functional groups such as N-hydroxy, oxazine, isoxazolidine, nitro, nitrone, oxime, C-, S-, or N-nitroso, and azoxy units. To this end, molecular oxygen is activated by flavin, heme, or metal cofactor-containing enzymes and transferred to initially obtain N-hydroxy compounds, which can be further functionalized. In this review, we focus on flavin-dependent N-hydroxylating enzymes, which play a major role in the production of secondary metabolites, such as siderophores or antimicrobial agents. Flavoprotein monooxygenases of higher organisms (among others, in humans) can interact with nitrogen-bearing secondary metabolites or are relevant with respect to detoxification metabolism and are thus of importance to understand potential medical applications. Many enzymes that catalyze N-hydroxylation reactions have specific substrate scopes and others are rather relaxed. The subsequent conversion towards various N-O or N-N comprising molecules is also described. Overall, flavin-dependent N-hydroxylating enzymes can accept amines, diamines, amino acids, amino sugars, and amino aromatic compounds and thus provide access to versatile families of compounds containing the N-O motif. Natural roles as well as synthetic applications are highlighted. Key points • N-O and N-N comprising natural and (semi)synthetic products are highlighted. • Flavin-based NMOs with respect to mechanism, structure, and phylogeny are reviewed. • Applications in natural product formation and synthetic approaches are provided. Graphical abstract .