芳香聚酮類化合物是自然界廣泛存在的天然產(chǎn)物，其中蒽環(huán)類化合物作為廣泛應(yīng)用的抗癌藥物之一，得到基礎(chǔ)研究和臨床研究的廣泛關(guān)注。但該類化合物一直存在心臟毒性等副作用，因此迫切需要開發(fā)新的蒽環(huán)類藥物來滿足臨床需求。唐功利研究員課題組長期以來致力于微生物來源、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的抗腫瘤天然產(chǎn)物的生物合成及組合生物合成研究。越野他?。↘osinostatin，KST，1）是由海洋小單孢菌產(chǎn)生的、具有獨特螺環(huán)結(jié)構(gòu)的蒽環(huán)天然產(chǎn)物，具有顯著的抗腫瘤活性。在前期的工作中，他們克隆了KST完整的生物合成基因簇，并通過體外生化實驗證實了獨立的NRPS的腺苷化蛋白A能識別、活化煙酸，并上載到酰基載體蛋白PCP上，再經(jīng)過類似色氨酸生物合成途徑合成氮雜雙環(huán)?；阼b定的不含氮雜雙環(huán)的1-OH蒽環(huán)中間體，揭示了由NRPS和系列后修飾合成氮雜雙環(huán)模塊的新途徑；同時提出了該模塊與II型PKS及后修飾合成的1-OH蒽環(huán)中間體經(jīng)螺環(huán)偶聯(lián)、再經(jīng)過糖基化生成KST的匯聚式生物合成模式（Chem. Biol.?2013, 20, 796-805）。之后的研究表明該PKS-II催化合成的是典型的4-OH蒽環(huán)中間體，而和氮雜雙環(huán)偶聯(lián)的必須是1-OH蒽環(huán)中間體，由此推測KST的生物合成途徑中包含了一個蒽環(huán)上C-4到C-1的羥基位置異構(gòu)反應(yīng)。
在本研究中，唐功利課題組經(jīng)過多年的努力，通過體內(nèi)遺傳結(jié)合體外生化研究，并與潘李鋒研究員課題組合作，通過關(guān)鍵去芳香化酶KstA11與底物和輔因子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)解析成功揭示了自然界如何實現(xiàn)蒽環(huán)上芳環(huán)的羥基區(qū)域異構(gòu)化問題。首先雙酶體系KstA15/A16催化化合物3的對位羥化產(chǎn)生1,4-雙羥基化合物5；在KstA11作用下5異構(gòu)化為5a，隨后發(fā)生H-的1,4加成產(chǎn)生6a；6a在反應(yīng)體系中自發(fā)/或者在KstA10誘導(dǎo)下異構(gòu)化為較穩(wěn)定的6b，KstA10催化6b的4位C=O還原及脫水重新芳構(gòu)化得到化合物4。該四酶協(xié)同體系依次催化蒽環(huán)區(qū)域選擇性羥化-不對稱還原去芳香化-區(qū)域選擇性還原脫水重新芳構(gòu)化，相關(guān)酶催化反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及酶學(xué)機(jī)制的闡明為進(jìn)一步蒽環(huán)抗生素的代謝工程改造及生物催化體系的拓展奠定了基礎(chǔ)。近日論文發(fā)表于PNAS（Proc. Natl. Acad. Sci. USA?2017, 114, 1554-1559），唐功利研究員課題組的張轉(zhuǎn)博士與潘李鋒研究員課題組的龔余康為共同第一作者。相關(guān)工作得到基金委、科技部、科學(xué)院、有機(jī)所及上海市科委的大力支持。
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