——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
11月6日,中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所劉文課題組在《自然-合成》(Nature Synthesis)上,在線發(fā)表了題為Analysis of siderochelin biosynthesis reveals that a type II polyketide synthase catalyses diketide formation的研究論文。該研究報(bào)道了以甲基丙二酰輔酶A為羧基底物催化二酮單元形成的新型II型聚酮合酶(PKS),打破了對于II型PKSs延伸單元單一性的認(rèn)知,豐富了科學(xué)家對天然產(chǎn)物和生物學(xué)共進(jìn)化的認(rèn)知,為聚酮類化合物結(jié)構(gòu)多樣性的發(fā)展與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
II型PKSs是多酶復(fù)合物,通過催化迭代的脫羧縮合反應(yīng)形成具有藥理學(xué)活性的聚酮類天然產(chǎn)物。目前,已知的II型PKSs均嚴(yán)格使用丙二酰輔酶A為延伸單元進(jìn)行脫羧縮合,卻導(dǎo)致聚酮鏈延伸過程缺乏α-烷基化,限制了該類聚酮天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)多樣性。
針對上述問題,劉文課題組從CAE和COL中吡啶單元生物合成關(guān)鍵酶CaeP1和CaeP2出發(fā),通過基因組挖掘手段確定吡咯聯(lián)吡啶類天然產(chǎn)物——絡(luò)鐵菌素的生物合成基因簇,并在其中發(fā)現(xiàn)特殊的II型PKS。II型PKS催化甲基丙二酰輔酶A與3-羥基吡啶甲酸(3-HPA)發(fā)生脫羧縮合,合成吡咯環(huán)的二酮結(jié)構(gòu)單元。研究通過基因敲除、同位素喂養(yǎng)和體外生化實(shí)驗(yàn)闡明了該II型PKS的催化邏輯,即腺苷?;复呋?-HPA與ATP的反應(yīng),生成3-HPA-AMP,并由酰基轉(zhuǎn)移酶催化其上載至?;d體蛋白,進(jìn)而通過硫酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)移至酮基合成酶(KS),形成3-HPA-S-KS。同時,同一套?;D(zhuǎn)移酶和?;d體蛋白還負(fù)責(zé)甲基丙二酰輔酶A的上載,隨后KS催化上述兩個非丙二酰羧基底物的脫羧縮合。進(jìn)一步,研究發(fā)現(xiàn),該II型PKS具有底物兼容性和可進(jìn)化性,可催化α-烷基化修飾各異的延伸單元和環(huán)系各異的起始單元以發(fā)生脫羧縮合反應(yīng),并可以通過定向改造II型PKS中的KS來進(jìn)一步提高II型PKS底物耐受性。
上述成果報(bào)道了以甲基丙二酰輔酶A為延伸單元催化二酮結(jié)構(gòu)形成的新型II型PKS,拓展了這一體系對多種羧基底物的高相容性以及對“非天然/不識別”底物的可進(jìn)化性。同時,這一成果推進(jìn)了PKSs酶的研究,加速了聚酮類化合物結(jié)構(gòu)多樣性的發(fā)展與應(yīng)用,為小分子與生物體共進(jìn)化理論研究提供了新思路。
研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的支持。
絡(luò)鐵菌素生物合成途徑中新型II型聚酮合酶催化的二酮單元形成
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