Pericyclic reactions—which proceed in a concerted fashion through a cyclic transition state—are among the most powerful synthetic transformations used to make multiple regioselective and stereoselective carbon–carbon bonds. They have been widely applied to the synthesis of biologically active complex natural products containing contiguous stereogenic carbon centres. Despite the prominence of pericyclic reactions in total synthesis, only three naturally existing enzymatic examples (the intramolecular Diels–Alder reaction, and the Cope and the Claisen rearrangements) have been characterized. Here we report a versatile S-adenosyl-l-methionine (SAM)-dependent enzyme, LepI, that can catalyse stereoselective dehydration followed by three pericyclic transformations: intramolecular Diels–Alder and hetero-Diels–Alder reactions via a single ambimodal transition state, and a retro-Claisen rearrangement. Together, these transformations lead to the formation of the dihydropyran core of the fungal natural product, leporin. Combined in vitro enzymatic characterization and computational studies provide insight into how LepI regulates these bifurcating biosynthetic reaction pathways by using SAM as the cofactor. These pathways converge to the desired biosynthetic end product via the (SAM-dependent) retro-Claisen rearrangement catalysed by LepI. We expect that more pericyclic biosynthetic enzymatic transformations remain to be discovered in naturally occurring enzyme ‘toolboxes’. The new role of the versatile cofactor SAM is likely to be found in other examples of enzyme catalysis.

中文翻译：

---

天然产物生物合成中依赖SAM的酶催化周环反应

周环反应 - 通过环状过渡态以协调方式进行 - 是用于制造多个区域选择性和立体选择性碳 - 碳键的最强大的合成转化之一。它们已广泛应用于合成含有连续立体碳中心的生物活性复杂天然产物。尽管周环反应在全合成中很突出，但只有三个天然存在的酶促实例（分子内 Diels-Alder 反应，以及 Cope 和 Claisen 重排）被表征。在这里，我们报告了一种多功能的 S-腺苷-l-甲硫氨酸 (SAM) 依赖性酶 LepI，它可以催化立体选择性脱水，然后进行三个周环转化：通过单个双峰过渡态和逆克莱森重排进行分子内 Diels-Alder 和异质 Diels-Alder 反应。这些转变共同导致真菌天然产物 leporin 的二氢吡喃核心的形成。结合体外酶学表征和计算研究，深入了解 LepI 如何通过使用 SAM 作为辅因子来调节这些分叉的生物合成反应途径。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。和复古的克莱森重排。这些转变共同导致真菌天然产物 leporin 的二氢吡喃核心的形成。结合体外酶学表征和计算研究，深入了解 LepI 如何通过使用 SAM 作为辅因子来调节这些分叉的生物合成反应途径。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。和复古的克莱森重排。这些转变共同导致真菌天然产物 leporin 的二氢吡喃核心的形成。结合体外酶学表征和计算研究，深入了解 LepI 如何通过使用 SAM 作为辅因子来调节这些分叉的生物合成反应途径。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。结合体外酶学表征和计算研究，深入了解 LepI 如何通过使用 SAM 作为辅因子来调节这些分叉的生物合成反应途径。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。结合体外酶学表征和计算研究，深入了解 LepI 如何通过使用 SAM 作为辅因子来调节这些分叉的生物合成反应途径。这些途径通过 LepI 催化的（SAM 依赖性）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅助因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。这些途径通过 LepI 催化的（依赖于 SAM 的）逆克莱森重排汇聚到所需的生物合成终产物。我们希望在天然存在的酶“工具箱”中发现更多的周环生物合成酶促转化。多功能辅因子 SAM 的新作用可能会在酶催化的其他例子中找到。