近期，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐功利課題組和曹春陽課題組合作，首次報(bào)道了一類不依賴任何輔因子的TxnO9（CalC-like）為代表的蛋白，可以催化蒽并吡喃環(huán)類化合物中γ-吡喃酮的形成，并對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究（Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 13475）。
三欣卡辛是來源于鏈霉菌的具有良好抗腫瘤活性（IC50達(dá)到亞納摩爾級(jí)別）的芳香聚酮類天然產(chǎn)物。前期的研究中克隆、分析了其生物合成基因簇，并通過體內(nèi)敲除、中間體的鑒定等系列實(shí)驗(yàn)提出了其生物合成途徑（Chem. Sci. 2015, 6, 3440），但是其中還有很多蛋白的功能是未知的。其中一個(gè)小蛋白（長(zhǎng)度為152個(gè)氨基酸）TxnO9引起了我們的注意：它與CalC同源（36%），而CalC蛋白就是抗腫瘤化合物烯二炔類抗生素產(chǎn)生菌的抗性蛋白，通過自殺式淬滅自由基來保護(hù)宿主，由此推測(cè)TxnO9可能具有抗性功能。然而，這個(gè)通過生物信息學(xué)推測(cè)的具有潛在抗性的基因txnO9后來被證實(shí)是三欣卡辛生物合成途徑中的一個(gè)關(guān)鍵基因，其編碼蛋白催化O-雜環(huán)化和脫水兩步反應(yīng)而形成γ-吡喃酮。而這種酶催化方式與之前報(bào)道的關(guān)于γ-吡喃酮的形成機(jī)制完全不同。
為了闡明TxnO9的催化機(jī)理，與生命有機(jī)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹春陽課題組合作，利用核磁技術(shù)解析了TxnO9自由態(tài)、TxnO9與底物類似物及產(chǎn)物類似物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明TxnO9屬于START家族，但是結(jié)構(gòu)特征與該家族研究比較清楚的TcmN、CalC等不同，這也與它們的催化功能不同相一致。根據(jù)蛋白與復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，結(jié)合定點(diǎn)突變結(jié)果提出了K10錨定底物、T146和E145協(xié)助催化的機(jī)制。鑒于數(shù)據(jù)庫中其同源蛋白功能都是未知的，選擇來源于Microtetra sporaglauca, Thermomono sporacurvata和Kitasato sporagriseola的同源蛋白Mic、Therm、Kit以及Hedmycin生物合成基因簇中HedB的N-端蛋白開展體外生化研究，結(jié)果表明它們都具有TxnO9類似的催化功能。這些蛋白形成了一個(gè)不同于START家族中生理調(diào)節(jié)功能蛋白（MLN64，Bet v1）、環(huán)化芳香化功能（TcmN為例）及CalC抗性功能蛋白的全新的亞家族。該研究工作一方面闡明了三欣卡辛中吡喃環(huán)的形成方式，另一方面豐富了START家族酶的功能。
上述研究成果主要由唐功利課題組的侯現(xiàn)鋒副研究員和曹春陽課題組的宋玉嬌博士等人完成。這一工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等經(jīng)費(fèi)的大力資助。
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