核糖體肽是一類通過翻譯后修飾化學創(chuàng)造的肽類天然產(chǎn)物，很多成員具有良好的生物活性。盡管來源于20種天然氨基酸，但經(jīng)過各種后修飾酶的轉化修飾，核糖體肽的結構復雜性和多樣性往往超出我們的想象。上海有機所劉文課題組長期從事核糖體肽的翻譯后修飾化學研究，近年來在烯基硫醚環(huán)肽的形成機制方面取得了一些進展（Cell Chem.?Biol.?2021,?28, 675-685；?J.?Am.?Chem.?Soc.?2022,?144,?4431-4438；?J.?Am. Chem. Soc.?2023, 145, 7040-7047）。
烯基硫醚環(huán)肽是一類包含不飽和硫醚鍵特征結構的核糖體環(huán)肽。在所有已闡明的生物合成途徑中，該結構片段都來源于前體肽中羧基端的烯基硫醇與上游脫氫氨基酸之間的反應，二者通過邁克爾加成形成一個被稱作2-氨基乙烯基（甲基）半胱氨酸的非天然氨基酸（Avi(Me)Cys）。脫氫氨基酸可由絲氨酸、蘇氨酸脫水或半胱氨酸脫硫形成，產(chǎn)生方式相對可變；而烯基硫醇的形成過程則非常保守，均由LanD黃素蛋白催化前體肽末端半胱氨酸氧化脫羧形成。前期的研究表明，產(chǎn)生的烯基硫醇物種反應性很強，如果沒有上游的脫氫氨基酸作為親核加成的對象，很容易在水相環(huán)境中轉化降解。除了邁克爾加成反應以外，自然是否存在其它翻譯后修飾化學，能夠利用活潑的烯基硫醇物種產(chǎn)生不同于Avi(Me)Cys的不飽和硫醚環(huán)結構呢？
為了拓展烯基硫醇參與的后修飾反應類型，探索新穎的不飽和硫醚環(huán)構筑機制，劉文課題組從已知的LanD黃素蛋白出發(fā)，利用基因組挖掘策略，在InterPro數(shù)據(jù)庫中篩選出373條潛在參與核糖體肽修飾的黃素蛋白序列。通過基因簇注釋和分類，發(fā)現(xiàn)部分基因簇內不編碼已知的脫水酶或脫硫酶，而編碼保守的自由基酶。
進一步研究證實，黃素蛋白催化前體肽羧基端半胱氨酸氧化脫羧，形成烯基硫醇；而自由基酶則催化烯基硫醇與上游天冬酰胺Cβ的C-S鍵偶聯(lián)，構筑不飽和硫醚環(huán)。在該過程中，自由基酶自身結合的[4Fe-4S]2+簇接受一個外源電子，并將該電子傳遞給結合的S-腺苷甲硫氨酸（SAM）輔因子，生成5’-脫氫腺苷自由基（5’-dA自由基）；該自由基進而拔取前體肽天冬酰胺Cβ位的氫原子，形成碳自由基。接下來，碳自由基可能與被輔助[4Fe-4S]2+簇激活的烯基硫醇發(fā)生自由基偶聯(lián)，形成C-S鍵；也可能先發(fā)生去質子化自由基淬滅，形成Ca-Cb雙鍵，再接受烯基硫醇親核進攻，形成C-S鍵。利用自由基化學構筑不飽和硫醚鍵的方式是前所未知的，通過基因組挖掘，作者進一步發(fā)現(xiàn)同時編碼自由基酶和黃素蛋白的基因簇主要分布于放線菌門和厚壁菌門，基因簇的基因組成表現(xiàn)出多樣性。該研究為探索核糖體肽中不飽和硫醚環(huán)構筑方式的多樣性提供了借鑒。
圖1?區(qū)別于邁克爾加成方式的通過自由基酶構建烯基硫醚環(huán)的新機制?
該研究成果近期在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表（DOI：10.1002/anie.202308733）。有機所博士后程伯濤和黃積武為共同第一作者，劉文研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部相關基金和上海市超級博士后項目的大力資助。
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