[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2024-5-24] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

萜類合成基因與其形成的確切酶學(xué)機(jī)制獲揭示
作者：朱漢斌，謝文燕   來源：中國科學(xué)報(bào)  
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員閆巖團(tuán)隊(duì)聯(lián)合濟(jì)南大學(xué)博士王文貴、美國加州大學(xué)洛杉磯分校教授唐奕團(tuán)隊(duì)，完成了對(duì)真菌來源的quadrane新骨架倍半萜terrecyclic acid的生物合成研究。相關(guān)成果發(fā)表于《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science），并被評(píng)為每周亮點(diǎn)論文和2024熱點(diǎn)論文。
倍半萜是萜類化合物中占比最多的一種，分子中含15個(gè)碳原子，由三個(gè)異戊二烯單元組成鏈狀、環(huán)狀等多種骨架結(jié)構(gòu)，分布于植物、昆蟲、微生物等生物中，具有廣泛的生物活性，是醫(yī)藥、食品和化妝品研發(fā)的重要源泉。Terrecyclic acid是一類由環(huán)戊烷駢雙環(huán)辛烷組合而成的quadrane倍半萜骨架，經(jīng)過氧化后修飾而成的一類具有抗菌、抗腫瘤活性天然產(chǎn)物。
由于quadrane骨架的特殊結(jié)構(gòu)與良好的生物學(xué)活性，其制備方法的研究受到廣泛關(guān)注。然而，由于該類化合物特殊的結(jié)構(gòu)和成環(huán)方式，使得其化學(xué)合成步驟多，產(chǎn)率較低，在一定程度阻礙了先導(dǎo)藥物的開發(fā)。通過合成生物學(xué)方法大量制備quadrane類天然產(chǎn)物，是解決這一問題的有效策略。同位素示蹤實(shí)驗(yàn)表明，quadrane骨架的生物合成可能經(jīng)歷了兩種完全不同的途徑，即Hirota途徑和Coates途徑。盡管計(jì)算化學(xué)研究表明后者的可能性更高，但quadrane骨架的生物合成基因與其形成的確切酶學(xué)機(jī)制仍有待證實(shí)。
研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)真菌基因組的挖掘，發(fā)現(xiàn)了該類化合物的生物合成基因簇ter，包括一個(gè)TC即倍半萜環(huán)化酶（β-terrecyclene合酶，TerA）、一個(gè)P450氧化基因、一個(gè)短鏈脫氫基因（terC）和一個(gè)主要協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)因子超家族基因。通過異源表達(dá)、體內(nèi)喂養(yǎng)、體外酶反應(yīng)等研究，驗(yàn)證了基因簇中各基因的功能，證實(shí)了其生物合成途徑：即在環(huán)化酶TerA的作用下催化法尼基焦磷酸產(chǎn)生化合物25，進(jìn)而產(chǎn)物25被P450酶TerB氧化和羧基化產(chǎn)生化合物32，最后32被脫氫酶TerC催化形成終產(chǎn)物2。
在發(fā)現(xiàn)新型TerA可以催化法尼基焦磷酸轉(zhuǎn)化為β-terrecyclene（25）的基礎(chǔ)上，通過對(duì)TerA的系列定點(diǎn)突變研究，結(jié)合動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)分析，確證了環(huán)化過程為Coates途徑，而非最早提出的Hirota途徑。該研究發(fā)現(xiàn)了抗菌、抗腫瘤quadrane骨架倍半萜terrecyclic acid的生物合成基因簇，以此為基礎(chǔ)，解析了其通過β-terrecyclene環(huán)化酶TerA形成quadrane骨架，繼而氧化、脫氫的后修飾的生物合成過程。
“Quadrane骨架的形成機(jī)制也通過對(duì)蛋白TerA的點(diǎn)突變和動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)得以證實(shí)，從而解決了幾十年來關(guān)于該類天然產(chǎn)物生物合成研究的謎團(tuán)�！闭撐耐ㄓ嵶髡唛Z巖表示，該研究為進(jìn)一步以萜類環(huán)化酶TerA為探針，從真菌數(shù)據(jù)庫中對(duì)quadrane類天然產(chǎn)物的發(fā)掘奠定了基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D4SC01208A
（本文內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)可后臺(tái)聯(lián)系刪除。）