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毛旭明課題組發現新型半頻哪醇重排酶

來源 :基礎醫學系(xi)    發布時間 :2021-11-25    瀏覽次數 :308

半頻哪醇重(zhong)排(Semi-pinacol rearrangement, SPR)在立體選(xuan)擇性構筑(zhu)復雜(za)結構的天然產(chan)物中具有重(zhong)要應(ying)用。目前僅在生物堿類天然產(chan)物生物合成(cheng)中共發現了9個半頻哪醇重(zhong)排酶(mei)(Semi-pinacolase, SPase),且大部分酶(mei)屬(shu)于(yu)單加氧酶(mei)家族。

asteltoxin是含二氧雜雙(shuang)環(huan)辛烷(2,8-dioxabicyclo-[3.3.0]-octane, DBO)結構的真菌毒素,具有抗(kang)腫(zhong)瘤、抗(kang)病(bing)毒活(huo)性。據(ju)推測asteltoxin的DBO結構生(sheng)物合成需發生(sheng)SPR,該重(zhong)排是發生(sheng)在聚酮化(hua)合物上。但近50年來(lai),催化(hua)其重(zhong)排的酶(mei)及(ji)催化(hua)機制一直(zhi)懸而未決。

滿堂彩毛旭(xu)明課題(ti)組在前期asteltoxin 結構類似毒素aurovertin的生物合成研究工作(J Am Chem Soc. 2015. 137:11904.)基礎(chu)上(shang),從asteltoxin的生(sheng)產(chan)菌曲霉Emericella variecolor NRRL 2881基因組中鑒定到了負責asteltoxin生物合成的(de)基因簇(cu)。

在證明asteltoxin、aurovertin前體環(huan)氧(yang)化(hua)聚(ju)酮骨架的合(he)成路徑完全一致的基礎上,發現了(le)環(huan)氧(yang)水解酶AstD是一個雙功能(neng)酶,同時催化(hua)了(le)環(huan)氧(yang)水解開環(huan)和緊(jin)接(jie)的半頻哪醇重排。此(ci)外,研究還從數據庫中檢索到了(le)另一個同源水解酶MrvD也(ye)具有(you)SPR催化(hua)功能(neng)。

研(yan)究進一步通過(guo)蛋白shuffling、定(ding)(ding)點突變鑒定(ding)(ding)了AstD/MrvD催(cui)化水解和重排的(de)關鍵(jian)氨基(ji)(ji)酸殘基(ji)(ji);并通過(guo)蛋白結構預測、密(mi)度(du)函(han)數計算、分子(zi)對(dui)接、動態模(mo)擬等方法(fa)發現AstD/MrvD催(cui)化了底(di)物(wu)區域選擇性5,6-環(huan)氧開環(huan),以及聚酮骨架上碳碳鍵(jian)遷移。


本(ben)研究(jiu)基于asteltoxin的生物(wu)合成途徑(jing),發(fa)現了一種新的來自(zi)環氧水(shui)解(jie)酶家族(zu)的SPR能(neng)催(cui)化聚酮底物(wu)的碳鏈骨(gu)架(jia)發(fa)生重排,并且(qie)初步探究了其催(cui)化機制。本(ben)研究進一步拓展了人們對(dui)環氧水解(jie)酶功能的(de)認(ren)識,也為新型(xing)SPase生(sheng)物催化元件(jian)的開發,以及以環氧合成元件(jian)、聚(ju)酮鏈重(zhong)排為基(ji)礎構(gou)筑復(fu)雜多(duo)樣天然產物奠定了基(ji)礎。

以上工作于2021年11月23日以“Discovery of Semi-Pinacolases from Epoxide Hydrolase Family during Efficient Assembly of a Fungal Polyketide”在線發(fa)表于美國化學會期刊(kan)ACS Catalysis

滿堂彩19級博(bo)士(shi)研(yan)究生(sheng)曹菲為論文第一作者(zhe),滿堂彩毛旭明教授、上海交通大學石婷副研究(jiu)員、浙江工業大學占扎君教授為共同通訊(xun)作者。本研究得到了國(guo)家自然科學(xue)基(ji)金、國(guo)家重點研發計劃(hua)等項(xiang)目的(de)支持(chi)。


圖文|毛旭明課題(ti)組

編(bian)輯(ji)|郭(guo)靜嫻(xian)