张勇慧团队Angew│首次解析细胞松弛素杂聚体生物合成机制

360影视 国产动漫 2025-06-27 15:45 2

摘要:细胞松弛素杂聚体(meroaspochalasins,mAPOs)是丝状真菌黄柄曲霉产生的标志性代谢产物,因其迷人的化学结构以及抗肿瘤药物开发潜力,在天然产物和合成化学界引起了极大的兴趣。虽然细胞松弛素骨架生物合成的核心基因和部分修饰基因已经成功得到表征,但这

细胞松弛素杂聚体(meroaspochalasins,mAPOs)是丝状真菌黄柄曲霉产生的标志性代谢产物,因其迷人的化学结构以及抗肿瘤药物开发潜力,在天然产物和合成化学界引起了极大的兴趣。虽然细胞松弛素骨架生物合成的核心基因和部分修饰基因已经成功得到表征,但这些单体在微生物体内如何组装形成mAPOs仍然是个谜团。此外,野生黄柄曲霉中mAPOs的含量低且产率不稳定,而化学合成的方法步骤繁多,这严重限制了它们的进一步研究和开发。
发表了题为“Cooperative Redox Reactions Encoded by Two Gene Clusters EnableIntermolecular Cycloaddition Cascade for the Formation of Meroaspochalasins”的研究论文。本研究通过基因敲除、体外酶反应、蛋白结构预测和氨基酸定点突变,以及 18 O同位素标记等实验, 阐明了聚合 反应 两个关键中间体a spochalasin 7 )和聚酮 双烯体前体 化合物 21(或26) 以及 终产物 mAPOs的生物合成机制 在本项研究中,作者在丝状真菌黄柄曲霉中鉴定了两条次生代谢产物生物合成基因簇, flas epi ,它们分别负责mAPOs中的两个亚单元,亲双烯体 7 和双烯体前体异苯骈半缩醛( 21 或 26 )的生物合成。其中, flas 簇内的BBE-like氧化酶FlasF催化多种细胞松弛素的C18位羟基的氧化,生成相应的C18羰基细胞松弛素单体,其中就包括杂聚反应过程中关键的中间体 7 。此外,FlasF还可与短链脱氢酶/还原酶(SDR)FlasG,以及内源NADPH交互作用,进一步增加细胞松弛素单体合成代谢网络的复杂性。

在另一条基因簇 epi 中,细胞色素P450酶EpiC和SDR酶EpiD协同催化双烯体前体 21 (或 26 )的形成,随后它们自发脱水得到双烯体 51 (或 52 ),在这一过程中,EpiD起着关键的“救援者”作用,防止聚酮C8位羟基的过度氧化和副产物内酯衍生物的形成。这一还原步骤确保了生物合成途径的适当调节,突出了EpiD作为控制双烯体形成过程中氧化和还原微妙平衡的重要作用。

最后,亲双烯体 7 与双烯体 51 (或 52 )之间,可以通过级联的非酶促[4π + 2π] Diels-Alder反应和[5π + 2π]环加成反应,逐步产生mAPOs二聚体和三聚体。而 epi 簇中的黄素依赖氧化酶EpiG催化双烯体C3位的羟基化,这是形成mAPOs三聚体的关键步骤。

综上所述,本文通过体内基因敲除、异源表达、体外生化表征、 18 O同位素标记以及相关蛋白计算等研究的结合,揭示了黄柄曲霉产生细胞松弛素异二聚体和三聚体的复杂、协作的生物合成机制。细胞松弛素杂聚体(mAPOs)已被本项工作证实是来源于两个独立BGC的跨基因簇DA环加成产物,并且其中两个独立单元的聚合被证明是非酶的过程。细胞松弛素杂聚体生物合成机制的成功阐明,不仅为这一过程建立了新的范式,也为工程高效生物合成细胞松弛素杂聚体奠定了基础,并为通过组合生物合成方式扩大结构多样性的策略开辟了新的途径。

来源:凝雪与水星

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