リボソーム合成および翻訳後修飾ペプチド

リボソームで合成され翻訳後修飾されたペプチド（RiPP ）は、リボソーム天然物としても知られ、リボソーム由来の多様な天然物クラスです。^[1] 20を超えるサブクラスで構成されるRiPPは、原核生物、真核生物、古細菌を含むさまざまな生物によって生成され、幅広い生物学的機能を持っています。

ゲノム配列決定のコストが低下し、利用可能なゲノムデータが増加したことにより、ここ数十年で RiPP に対する科学的関心が高まっています。RiPP の化学構造は、他の天然物 (アルカロイド、テルペノイドなど) よりもゲノムデータから正確に予測できるため、理論上は、配列決定された生物における RiPP の存在を迅速に特定できます。このため、RiPP は現代の天然物発見活動の魅力的なターゲットとなっています。

RiPP は、リボソームで生成され、ある程度の酵素による翻訳後修飾を受けるペプチド(分子量10 kDa 未満) で構成されます。このペプチドの翻訳と修飾の組み合わせは、非リボソームペプチド合成(NRPS)に類似して「ポストリボソームペプチド合成」(PRPS) と呼ばれます。

歴史的に、現在の RiPP のサブクラスは個別に研究されており、文献では命名法の慣例がそれに応じて異なっていました。最近では、広範なゲノム配列決定の出現により、これらの天然物は共通の生合成起源を共有していることが認識されています。2013 年には、この分野の大規模な研究者グループによって、一連の統一された命名ガイドラインが合意され、公開されました。 ^{[1]このレポート以前は、RiPP は、}ポストリボソームペプチド、リボソーム天然物、リボソームペプチドなど、さまざまな名称で呼ばれていました。

頭字語「RiPP」は、「リボソームで合成され、翻訳後に修飾されたペプチド」を意味します。

RiPPは、アルカロイド、テルペノイド、非リボソームペプチドなど、天然物の主要なスーパーファミリーの1つを構成していますが、分子量が一般的に1000 Daを超える大きなものになる傾向があります。^[1]次世代シーケンシング法の出現により、RiPPのゲノムマイニングは一般的な戦略になりました。 ^{[2] RiPPの発見が増え、}エンジニアリングが容易であると仮定されていることから、医薬品としてのRiPPの使用が増加しています。 RiPPはもともとリボソームペプチドですが、中程度の分子量や比較的高い疎水性などの化学的特性のため、通常は生物製剤ではなく小分子として分類されます。

RiPP の用途と生物学的活性は多岐にわたります。

商業的に使用されているRiPPには、食品保存料のナイシン、獣医用局所抗生物質のチオストレプトン、動物飼料添加物のノシヘプチドとデュラマイシンなどがある。蛍光体で機能化されたファロイジンは、アクチンに対する親和性が高いため、顕微鏡検査で染色剤として使用される。アナンチンは、細胞生物学で心房性ナトリウム利尿ペプチド受容体阻害剤として使用されるRiPPである。^[3]

2012年から2013年にかけて、臨床試験中であった誘導体化されたRiPPはLFF571でした。バンコマイシンと同等の安全性と有効性を持つ、チオペプチドGE2270-Aの誘導体であるLFF571の第II相臨床試験は、結果が不良であったため早期に終了しました。^{[4] [5]また、最近では、クロス}トリディオイデス・ディフィシル感染症の治療に使用されるNVB302（ランチビオティックアクタガルジンの誘導体）の臨床試験もありました。 ^{[6]デュラマイシンは、}嚢胞性線維症の治療薬として第II相臨床試験を完了しました。^[7]

その他の生物活性RiPP には、抗生物質のシクロチアゾマイシンとボトロマイシン、超狭域スペクトル抗生物質のプランタゾリシン、細胞毒素の パテラミド Aなどがあります。化膿連鎖球菌の毒性病原性因子であるストレプトリジンSも RiPP です。さらに、ヒト甲状腺ホルモン自体も、チログロブリンとして生合成されるため RiPP です。

アマトキシンとファロトキシンは、それぞれ 8 員環と 7 員環の天然物で、Cys と Trp の架橋に由来するトリプタチオニンモチーフに加えて、N から C への環化を特徴とします。 ^{[8] [9]}アマトキシンとファロトキシンは、N 末端リーダーペプチドに加えて C 末端認識配列が存在する点でも他の RiPP と異なります。アマトキシンであるα-アマニチンは、大環化とトリプタチオニン架橋の形成に加えて、多数の翻訳後修飾を受けます。トリプタチオニンの酸化によりスルホキシドが生成され、多数の水酸化が天然物を装飾します。アマトキシンとして、α-アマニチンはRNA ポリメラーゼ IIの阻害剤です。 ^[10]

ボトロマイシンには大環状アミジンに加えてC末端脱炭酸チアゾールが含まれています。 ^[11]

現在、ボトロマイシン化合物は6種類知られており、側鎖のメチル化の程度が異なり、ボトロマイシンクラスのさらなる特徴となっている。最初のボトロマイシンの構造を決定づけるには、ボトロマイシンA2の全合成が必要であった。^[11]

これまでに、ボトロマイシンを生成すると予測される遺伝子クラスターがストレプトマイセス属で特定されている。ボトロマイシンはN末端リーダーペプチドが存在しない点で他のRiPPと異なる。むしろ、前駆体ペプチドは35〜37アミノ酸のC末端延長部を持ち、翻訳後機構の認識配列として機能すると仮定されている。^[12]

シアノバクチンは、6～20アミノ酸鎖のNからCへのマクロ環化を伴うシアノバクテリア由来の多様な代謝物です。シアノバクチンはシアノバクテリアから単離された天然物であり、シアノバクテリア株の約30％にシアノバクテリア遺伝子クラスターが含まれていると考えられています。 ^[13]しかし、これまでのところすべてのシアノバクチンはシアノバクテリアに起因すると考えられていますが、他の生物が同様の天然物を生産する可能性はあります。

シアノバクチン ファミリーの前駆体ペプチドは、伝統的に「E」遺伝子と呼ばれていますが、ほとんどの RiPP 遺伝子クラスターでは、前駆体ペプチドは「A」遺伝子と呼ばれています。「A」は、リーダー ペプチドの切断と、それに続くペプチド天然産物の大環状化に関与するセリン プロテアーゼであり、遺伝子「G」によってコードされる追加のセリン プロテアーゼ ホモログと組み合わされています。シアノバクチン ファミリーのメンバーは、追加の修飾酵素に応じて、チアゾリン/オキサゾリン、チアゾール/オキサゾール、およびメチル化を持つ場合があります。たとえば、おそらく最も有名なシアノバクチンはパテラミド Aで、最終状態では 2 つのチアゾール、メチルオキサゾリン、およびオキサゾリンが含まれ、8 つのアミノ酸から派生した大環状化合物です。

ランチペプチドは、最もよく研​​究されている RiPP ファミリーの 1 つです。このファミリーは、最終的な天然産物にランチオニン(Lan) と 3-メチルランチオニン (MeLan) 残基が存在するという特徴があります。ランチペプチドには、Lan と MeLan のインストールを担う酵素によって区別される 4 つの主要なクラスがあります。脱水酵素とシクラーゼは、2 つの別々のタンパク質である場合もあれば、1 つの多機能酵素である場合もあります。以前は、この分野でコンセンサスが得られるまで、ランチペプチドは「ランチペプチド」と呼ばれていました。^[1]

ランチビオティックは、抗菌活性を有することが知られているランチペプチドである。ランチペプチドファミリーの創始メンバーであるナイシンは、40年以上にわたって食品媒介病原体の増殖を防ぐために使用されてきたランチビオティックである。^[14]

ラッソペプチドは、N末端マクロラクタム大環状分子「リング」を含む短いペプチドで、その中に線状のC末端「テール」が通っています。^{[15] [16]}この通しループトポロジーのため、これらのペプチドはラッソに似ており、その名前の由来となっています。これらは、アミノ酸ベースのラッソ構造のより大きなクラスのメンバーです。また、ラッソペプチドは正式にはロタキサンです。

N末端の「リング」は7〜9個のアミノ酸から成り、ペプチドの最初のアミノ酸のN末端アミンとアスパラギン酸またはグルタミン酸残基のカルボキシレート側鎖との間のイソペプチド結合によって形成される。C末端の「テール」は7〜15個のアミノ酸から構成される。^[15]

ラッソペプチドの最初のアミノ酸は、ほぼ例外なくグリシンまたはシステインであり、この部位の変異は既知の酵素によって許容されない。 ^[16]そのため、バイオインフォマティクスに基づくラッソペプチド発見のアプローチでは、これを制約として利用してきた。^{[15]しかし、最近、最初の残基として}セリンまたはアラニンを含むラッソペプチドも発見された。^[17]

ラッソテールの糸通しは、リングとテールのシステイン残基間のジスルフィド結合（クラスIラッソペプチド）、テール上のかさばった残基による立体効果（クラスIIラッソペプチド）、またはその両方（クラスIIIラッソペプチド）によって捕捉される。 ^{[16]コンパクトな構造のため、ラッソペプチドは}プロテアーゼや熱による展開に対して耐性を示すことが多い。^[16]

直鎖アゾール（アゾールイン）含有ペプチド（LAP）には、チアゾールおよびオキサゾール、またはそれらの還元チアゾリンおよびオキサゾリン形態が含まれます。チアゾール（アゾールイン）は前駆体ペプチドのCys残基の環化の結果であり、（メチル）オキサゾール（アゾールイン）はThrおよびSerから形成されます。アゾールおよびアゾリンの形成により、-1位の残基、またはCys、Ser、またはThrの直接のC末端の残基も修飾されます。アゾリンからアゾールへの酸化には、 LAP遺伝子クラスターの脱水素酵素が必要です。

プランタゾリシンは、広範囲に環化したLAPです。5つの複素環が2組あるため、この天然物質は構造的に強固で、非常に選択的な抗菌活性を持っています。^[18] ストレプトリシンS（SLS）は、1901年にSLSが発見されて以来、その構造が未だに不明であることから、おそらく最もよく研​​究され、最も有名なLAPです。したがって、生合成遺伝子クラスターはSLSがLAPであることを示唆していますが、構造の確認はされていません。

マイクロシンは、分子量が 10 kDa 未満の、腸内細菌科によって産生される RiPP です^{。マイクロシン E492、 [19]}マイクロシン B17 (LAP)、マイクロシン J25 (Lasso ペプチド) など、他の RiPP ファミリーの多くのメンバーもマイクロシンと見なされます。マイクロシンは、翻訳後修飾や修飾酵素に基づいて分類されるのではなく、分子量、天然産生菌、抗菌活性によって識別されます。マイクロシンは、プラスミドまたは染色体でコード化されていますが、特に腸内細菌科に対して活性があります。これらの生物はマイクロシンの産生菌であることも多いため、遺伝子クラスターには前駆体ペプチドと修飾酵素だけでなく、産生菌株を保護するための自己免疫遺伝子と、天然産物の輸出をコードする遺伝子も含まれています。

マイクロシンはグラム陰性細菌に対して生物活性を持ちますが、必須栄養素の輸送に関与する特定の受容体をハイジャックするため、 通常は狭い範囲の活性を示します。

特徴付けられたチオペプチドのほとんどは放線菌から単離されている。^{[20]チオペプチド}マクロサイクルの一般的な構造的特徴は、それぞれ脱水アミノ酸と脱水セリン/スレオニンと環化システイン残基 から形成されたチアゾール環である。

チオペプチド大環状分子は、6員の窒素含有環で閉じられている。窒素含有環の酸化状態と置換パターンが、チオペプチド天然物の系列を決定する。^[1]大環状化のメカニズムは不明であるが、窒素含有環は、チオペプチド中でピペリジン、デヒドロピペリジン、または完全に酸化されたピリジンとして存在することができる。さらに、一部のチオペプチドは、トリプトファン由来のキナルジン酸またはインドール酸残基を含む第2の大環状分子を有する。おそらく最もよく特徴付けられているチオペプチドであるチオストレプトンAは、デヒドロピペリジン環と第2のキナルジン含有大環状分子を含む。4つの残基は翻訳後修飾中に脱水され、最終的な天然物には4つのチアゾールと1つのアゾリンも含まれる。

自己誘導ペプチド（AIP）とクオラムセンシングペプチドは、クオラムセンシングと呼ばれるプロセスでシグナル分子として使用されます、他の線形調節ペプチドとは異なり、環状エステルまたはチオエステルの存在が特徴です。病原体では、輸出されたAIPは細胞外受容体に結合し、毒性因子の産生を引き起こします。 ^[21]黄色ブドウ球菌では、AIPは、C末端リーダー領域、コア領域、およびリーダーペプチドとともにAIP輸出前に切断される負に帯電したテール領域で構成される前駆体ペプチドから生合成されます。 ^[22]

細菌の頭尾環状ペプチドは、35～70残基でN末端とC末端の間にペプチド結合を持つリボソーム合成ペプチドのみを指し、バクテリオシンと呼ばれることもありますが、この用語はより広い意味で使用されています。このクラスの特徴は、天然産物が比較的大きいだけでなく、大環状化を担う修飾酵素でもあることです。シアノバクチンやオービタイドなどの他のNからCへの環状化RiPPは、はるかに小さなコアペプチドの大環状化に特化した生合成機構を持っています。これまでのところ、これらのバクテリオシンはグラム陽性細菌でのみ特定されています。エンテロシンAS-48はエンテロコッカスから単離され、他のバクテリオシンと同様に、大環状化の結果として高温、pH変化、および多くのプロテアーゼに対して比較的耐性があります。^[23]溶液構造と配列アラインメントに基づくと、バクテリオシンは配列相同性がほとんどないにもかかわらず類似した3D構造をとり、安定性と分解耐性に寄与していると考えられる。

コノペプチドおよびその他のトキソグロッサンペプチドは、イモガイやConusなどの捕食性海洋巻貝の毒の成分です。 ^[24]イモガイの毒ペプチドは、他の動物の毒に見られるものよりも一般的に小さく（10〜30アミノ酸対30〜90アミノ酸）、ジスルフィド架橋が多くあります。 ^[24] 1つの種には、ゲノムにコードされている50〜200のコノペプチドがあり、よく保存されたシグナル配列によって認識されます。 ^[1]

シクロチドは、頭尾環化と3つの保存されたジスルフィド結合を持つRiPPであり、環状システインノットモチーフと呼ばれる結び目構造を形成します。 ^{[25] [26]}特徴付けられたシクロチドには、他の翻訳後修飾は観察されていません。サイズは28〜37アミノ酸です。シクロチドは植物の天然物であり、異なるシクロチドは種特異的であると思われます。シクロチドには多くの活性が報告されていますが、すべてが細胞膜に結合して破壊するという共通のメカニズムによって統合されているという仮説があります。 ^[27]

グリコシンは、グリコシル化された 抗菌ペプチドであるRiPPです。完全に特徴付けられているメンバーは2つだけであり、これは小さなRiPPクラスとなっています。 ^{[28] [29]} サブランシン168とグリコシンFは両方ともCy​​sグリコシル化されており、さらに、非グリコシル化Cys残基間にジスルフィド結合を持っています。両方のメンバーはSグリコシル基を持っていますが、OまたはN結合炭水化物を持つRiPPも発見され次第このファミリーに含まれるでしょう。

リナリジンはC末端アミノビニルシステイン残基を特徴とする。この翻訳後修飾はランチペプチドのエピデルミンやメルサシジンにも見られるが、リナリジンにはLan残基やMeLan残基はない。さらに、リナリジン部分は2つのCys残基の修飾から形成されるが、ランチペプチドのアミノビニルシステインはCysとデヒドロアラニン（Dha）から形成される。^[30]最初に特徴付けられたリナリジンはシペマイシンであった。^[31]

ミクロビリジンは、ω-エステルおよび/またはω-アミド結合を持つ環状N-アセチル化トリデカ-およびテトラデカペプチドである。グルタミン酸またはアスパラギン酸のω-カルボキシ基とリジンのε-アミノ基を介したラクトン形成により、最終天然物中にマクロサイクルが形成される。このクラスのRiPPはプロテアーゼ阻害剤として機能し、もともとはミクロシスティス・ビリディスから単離された。ミクロビリジンをコードする遺伝子クラスターは、バクテロイデス門とプロテオバクテリア門全体のゲノムでも同定されている。 ^[32]

オルビタイドは、植物由来のNからCへの環状ペプチドで、ジスルフィド結合はありません。ナデシコ科ホモモノシクロペプチドとも呼ばれ、^[33]オルビタイドは5〜12アミノ酸の長さで、主に疎水性残基で構成されています。アマトキシンやファロトキシンと同様に、オルビタイドの遺伝子配列はC末端認識配列の存在を示唆しています。亜麻の品種Linum usitatissimumでは、Blast検索を使用して、推定認識配列で区切られた5つのコアペプチドを含む可能性のある前駆体ペプチドが見つかりました。^[34]

プロテウシンは、ギリシャの変身する海の神「プロテウス」にちなんで名付けられました。現在までに、プロテウシンファミリーで知られているメンバーは、ポリテオナミドと呼ばれるものだけです。これらは、多くのD-アミノ酸と他の非タンパク質性アミノ酸の存在により、もともと非リボソーム天然物であると推定されていました。しかし、メタゲノム研究により、この天然物は、現在までに知られているRiPPの中で最も広範囲に改変されたクラスであることが明らかになりました。^{[35] 6つの酵素が、18の}エピマー化を含む合計48の翻訳後修飾をポリテオナミドAおよびB前駆体ペプチドにインストールする役割を果たしています。ポリテオナミドは非常に大きく、単一の分子が細胞膜を貫通してイオンチャネルを形成できます。^{[36] [37]}

サクチペプチドは、 Cys残基の硫黄とペプチド内の別の残基のα炭素との間の分子内結合を含む。多くの非リボソームペプチドが同じ修飾を受けている。2003年に、同位体濃縮培地とNMR分光法を用いてサブチロシンAの構造が決定され、硫黄-α炭素結合を持つ最初のRiPPが報告された。^[38] Bacillus subtilis 168から単離されたサブチロシンAの場合、Cys4とPhe31、Cys7とThr28、Cys13とPhe22の間のCα架橋は、唯一の翻訳後修飾ではなく、C末端とN末端がアミド結合を形成し、Cα結合によって立体構造が制限された環状構造となる。抗菌活性を持つサクチペプチドは、一般的にサクチビオティック（硫黄とα-炭素の複合化合物）と呼ばれています。 ^[39]

RiPP は、遺伝的にコード化されたペプチドが翻訳され、その後生合成酵素によって化学修飾されるという共通の生合成戦略を特徴としています。

すべての RiPP は、まずリボソームで前駆体ペプチドとして合成されます。このペプチドは、通常、リーダーペプチドセグメントが先行する（場合によっては後続する）コアペプチドセグメントで構成され、通常、約 20-110残基の長さです。リーダーペプチドは通常、生合成酵素によるコアペプチドの認識を助け、細胞外への輸送を介して前駆体ペプチドの酵素処理を可能にするために重要です。一部の RiPP には、コアペプチドの C 末端に認識配列も含まれており、これらは切除と環化に関与しています。さらに、真核生物の RiPP には、ペプチドを細胞区画に導くのに役立つ前駆体ペプチドのシグナルセグメントが含まれる場合があります。^[1]

RiPP の生合成中、未修飾の前駆体ペプチド (未修飾のコアペプチド UCPを含む) は、生合成酵素 (PRPS) によって認識され、化学的に順次修飾される。修飾の例としては、脱水(ランチペプチド、チオペプチド)、環化脱水 (チオペプチド)、プレニル化(シアノバクチン)、環化(ラッソペプチド) などがある。結果として生じる修飾前駆体ペプチド (修飾コアペプチド MCPを含む) は、その後、タンパク質分解を受け、前駆体ペプチドの非コア領域が除去される。これにより、成熟した RiPPが得られる。^[1]

最近のコミュニティの合意^[1]以前に発表された論文では、異なる命名法が採用されています。前駆体ペプチドは、以前はプレペプチド、プレプロペプチド、または構造ペプチドと呼ばれていました。リーダーペプチドは、プロペプチド、プロ領域、または介在領域と呼ばれていました。コアペプチドの歴史的な別名には、プロペプチド、構造ペプチド、および毒素領域（特にコノペプチドの場合）がありました。^[1]

ランチペプチドは、ランチオニン（Lan）残基と3-メチルランチオニン（MeLan）残基の存在を特徴とする。Lan残基はCysとSer間のチオエーテル架橋から形成され、MeLan残基はCysとThr残基の結合から形成される。LanとMeLanの導入を担う生合成酵素は、まずSerとThrをそれぞれデヒドロアラニン（Dha）とデヒドロブチリン（Dhb）に脱水する。その後のチオエーテル架橋は、CysによるDhaまたはDhbへのマイケル型付加によって起こる。^[40]

ランチペプチド生合成酵素には4つのクラスが指定されている。^[41]クラスIランチペプチドには専用のランチペプチド脱水酵素があり、これはLanB酵素と呼ばれるが、特定のランチペプチドにはより具体的な名称が使用される（例えば、NisBはニシン脱水酵素である）。別のシクラーゼであるLanCは、LanおよびMeLan生合成の2番目のステップを担う。しかし、クラスII、III、およびIVランチペプチドは、その遺伝子クラスター内に二機能性ランチオニン合成酵素を持ち、つまり単一の酵素が脱水および環化の両方のステップを実行する。LanM合成酵素と呼ばれるクラスII合成酵素は、他のランチペプチド生合成酵素と配列相同性のないN末端脱水ドメインを持ち、シクラーゼドメインはLanCと相同性がある。クラスIII（LanKC）とIV（LanL）酵素は、N末端リアーゼドメインと中央キナーゼドメインが類似しているが、C末端環化ドメインが異なっている。LanL環化ドメインはLanCと相同であるが、クラスIII酵素にはZnリガンド結合ドメインがない。^[42]

直鎖アゾール（アゾールイン）含有ペプチド（LAP）生合成の特徴は、求核性アミノ酸であるセリン、トレオニン、システインからアゾール（アゾールイン） 複素環を形成することである。^{[1] [43]これは、B、C、Dタンパク質と呼ばれる3つの}酵素によって達成され、前駆体ペプチドは他のクラスと同様にAタンパク質と呼ばれる。^[1]

Cタンパク質は主にリーダーペプチドの認識と結合に関与しており、足場タンパク質と呼ばれることもあります。Dタンパク質はATP依存性シクロデヒドラターゼで、脱水環化反応を触媒し、アゾリン環の形成をもたらします。これは、アミド骨格カルボニルがATPで直接活性化されることによって起こり、化学量論的なATP消費をもたらします。^[44] Cタンパク質とDタンパク質は、トランクアミド生合成の場合のように、単一の融合タンパク質として存在することがあります。Bタンパク質はフラビンモノヌクレオチド（FMN）依存性デヒドロゲナーゼで、特定のアゾリン環をアゾールに酸化します。

Bタンパク質は典型的には脱水素酵素と呼ばれ、Cタンパク質とDタンパク質は一緒にシクロデヒドラターゼを形成しますが、Dタンパク質のみがシクロ脱水反応を実行します。マイクロシンB17に関する初期の研究では、これらのタンパク質に異なる命名法が採用されていましたが、最近では上記のようにこの分野でコンセンサスが採用されています。^[1]

シアノバクチンの生合成には、前駆体ペプチドの N 末端と C 末端の両方のタンパク質分解による切断が必要です。したがって、定義タンパク質はA タンパク質と呼ばれるN 末端プロテアーゼと G タンパク質と呼ばれるC 末端プロテアーゼです。G タンパク質はマクロ環化にも関与します。

シアノバクチンの場合、前駆体ペプチドはEペプチドと呼ばれます。^[1] Eペプチドには、リーダーペプチド領域、コア（構造）領域、およびN末端とC末端の両方のプロテアーゼ認識配列が最低限必要です。単一の前駆体ペプチドが単一のコアペプチドを介して単一の天然産物をコードするほとんどのRiPPとは対照的に、シアノバクチンEペプチドは複数のコア領域を含むことができ、複数のEペプチドが単一の遺伝子クラスター内に存在することさえあります。^{[1] [45]}

多くのシアノバクチンはヘテロシクラーゼ（Dタンパク質と呼ばれる）によるヘテロ環化も受け、 AおよびGプロテアーゼの作用前にSer/Thr/Cys残基からオキサゾリンまたはチアゾリン部分を導入します。 ^[1]ヘテロシクラーゼはATP依存性YcaO ホモログであり、チオペプチドおよび直鎖アゾール（アゾールイン）含有ペプチド（LAP）生合成（上記）におけるYcaOドメインシクロデヒドラターゼと同様に生化学的に機能します。

一般的な修飾は、Fタンパク質プレニルトランスフェラーゼによるヒドロキシル基のプレニル化である。アゾリン複素環のアゾールへの酸化も、 Gタンパク質にある酸化酵素ドメインによって達成される。リボソームペプチドとしては珍しく、シアノバクチンにはD-アミノ酸が含まれることがあり、これらはアゾールまたはアゾリン残基に隣接して存在することがある。^[1]シアノバクチン生合成遺伝子クラスターによく見られるタンパク質BおよびCの機能は不明である。

チオペプチドの生合成には、特にコアペプチド骨格の広範な改変が伴う。実際、チオペプチドの非常に複雑な構造のため、これらの天然物は非リボソームペプチドであると一般に考えられていた。これらの分子のリボソーム起源が認識されたのは、2009年にいくつかのチオペプチドの遺伝子クラスターが独立して発見されたからである。^{[1] [46] [47] [48] [49]}

チオペプチド生合成タンパク質の標準的な命名法は、チオムラシン遺伝子クラスターの命名法に従っています。 ^{[1] [48]} Aペプチドと呼ばれる前駆体ペプチドに加えて、チオペプチド生合成には少なくとも6つの遺伝子が必要です。これらには、Bタンパク質とCタンパク質と呼ばれるランチペプチド様脱水酵素が含まれ、 Ser/Thr前駆体残基を脱水してデヒドロアラニンとデヒドロブチリン部分をインストールします。アゾールとアゾリンの合成は、Eタンパク質、デヒドロゲナーゼ、およびGタンパク質、シクロデヒドラターゼによって行われます。窒素含有ヘテロ環は、Dタンパク質シクラーゼによってデヒドロアラニン部分の推定[4+2]環化付加を介してインストールされ、特徴的なマクロサイクルを形成します。^[50] Fタンパク質はリーダーペプチドの結合を担っています。^[51]

チオペプチドの生合成は、シアノバクチン、ランチペプチド、および直鎖アゾール（アゾールイン）含有ペプチド（LAP）の生合成と生化学的に類似している。シアノバクチンおよびLAPと同様に、アゾールおよびアゾリンの合成は、 ATP依存性YcaOドメインシクロデヒドラターゼの作用によって起こる。LAPでは、リーダーペプチド結合およびシクロ脱水触媒を担う2つの異なるタンパク質の作用によってシクロ脱水が起こるのに対し、シアノバクチンおよびチオペプチドの生合成では、これらが1つのタンパク質（Gタンパク質）に融合されている。^[1]しかし、チオペプチドでは、リーダーペプチドの認識および他の生合成酵素の潜在的なリクルートには、Ocin-ThiF様タンパク質（Fタンパク質）と呼ばれる追加のタンパク質が必要である。^[51]

ラッソペプチドの生合成には、A、B、Cタンパク質と呼ばれる少なくとも3つの遺伝子が必要です。^{[1] [15]} A遺伝子は前駆体ペプチドをコードし、BおよびCタンパク質によって成熟した天然物に改変されます。Bタンパク質は、前駆体ペプチドからリーダー領域を切断するアデノシン三リン酸依存性システインプロテアーゼです。Cタンパク質はアスパラギン合成酵素と相同性を示し、アデニル化を介してグルタミン酸またはアスパラギン酸残基のカルボン酸側鎖を活性化すると考えられています。次に、Bタンパク質（プロテアーゼ）によって形成されたN末端アミンは、この活性化側鎖と反応して、大環状イソペプチド結合を形成します。ラッソペプチドの生合成における正確なステップと反応中間体は、タンパク質に関連する実験の困難さのため、不明のままです。^{[15]一般に、Bタンパク質は}ラッソプロテアーゼと呼ばれ、Cタンパク質はラッソシクラーゼと呼ばれます。

ラッソペプチド生合成遺伝子クラスターの中には、生合成に未知の機能を持つ追加のタンパク質を必要とするものもあります。さらに、ラッソペプチド遺伝子クラスターには通常、ABCトランスポーター（Dタンパク質）またはイソペプチダーゼが含まれますが、これらはラッソペプチド生合成に厳密には必要なく、存在しない場合もあります。^[15]ラッソペプチド生合成タンパク質の X線結晶構造はまだわかってい ません。

ラッソペプチドの生合成は、スレッドラッソトポロジーが化学ペプチド合成にアクセスできないため、特に興味深いものです。

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