
上海有機(jī)所在雙酶體系催化形成天然產(chǎn)物中環(huán)丙基結(jié)構(gòu)單元的研究中取得重要進(jìn)展
非活化碳碳雙鍵的環(huán)丙基化盡管在化學(xué)合成中可以通過多種方法來實現(xiàn),但是該過程在天然產(chǎn)物的生物合成中卻鮮有報道。近期,中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國家重點實驗室唐功利研究員課題組在天然產(chǎn)物CC-1065生物合成研究過程中,報道了由一個HemN家族蛋白(C10P)和一個甲基轉(zhuǎn)移酶(C10Q)組成的雙酶體系共同催化形成CC-1065中的環(huán)丙基結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果近期發(fā)表在《自然·通訊》上(Nat Commun., 2018, 9, 2771)。
CC-1065家族化合物是一類來源于微生物、含有環(huán)丙基藥效團(tuán)的高活性天然產(chǎn)物,目前包括CC-1065、谷田霉素(YTM)和多卡霉素。它們都屬于螺環(huán)丙基環(huán)己二烯酮類天然產(chǎn)物,通過對細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)DNA進(jìn)行不可逆的烷基化修飾以達(dá)到殺死細(xì)胞的目的(IC50為pM級),因此,這類化合物在抗體偶聯(lián)的靶向治療研究中受到了廣泛的關(guān)注。
在前期的研究中,唐功利團(tuán)隊報道了CC-1065的生物合成基因簇(ACS Chem. Biol., 2017, 12, 1603),并且發(fā)現(xiàn)GyrI-like家族的一個亞家族蛋白具有水解CC-1065和YTM環(huán)丙基的特性,這類蛋白能夠賦予微生物對CC-1065和YTM的抗性(Nat. Commun., 2017, 8, 1485)。在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊初步揭示了CC-1065家族化合物中環(huán)丙基形成的酶學(xué)機(jī)制。
首先,通過基因敲除發(fā)現(xiàn)c10P和c10Q
都是CC-1065環(huán)丙基生物合成所必需的,并且這兩個基因的突變株都能積累同一個環(huán)丙基缺失的中間體。隨后以該中間體為底物,由重構(gòu)的C10P和C10Q組成的雙酶體系在嚴(yán)格無氧的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)該中間體的環(huán)丙基化,從而生成CC-1065。為了探討環(huán)丙基化的催化機(jī)理,該團(tuán)隊還開展了關(guān)鍵中間體的質(zhì)譜檢測、CD3-SAM(腺苷化甲硫氨酸)和D2O同位素標(biāo)記實驗以及關(guān)鍵氨基酸殘基的點突變研究。其中,檢測到SAM-底物共價中間體使作者推測了S-腺苷甲硫氨酸亞甲基自由基這一新穎物種的存在,并提出了該雙酶體系共同催化CC-1065環(huán)丙基形成的生物合成過程。這種新型環(huán)丙基化機(jī)制的揭示不僅拓展了對HemN家族蛋白和甲基轉(zhuǎn)移酶所催化反應(yīng)的認(rèn)識,而且暗示著S-腺苷甲硫氨酸可以產(chǎn)生不同的自由基化學(xué)。
上述研究成果主要由唐功利課題組的博士生金文兵、吳晟博士、袁華副研究員等人完成。這一工作得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市科委和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)等經(jīng)費的大力資助。

HemN家族蛋白C10P和甲基轉(zhuǎn)移酶C10Q雙酶體系共同催化形成CC-1065中的環(huán)丙基單元
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