近日,上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧子新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊德國(guó)應(yīng)用化學(xué)《Angewandte Chemie》(IF:15.336)上發(fā)表題為“Unexpected Role of a Short-chain Dehydrogenase/Reductase Family Protein in Type II Polyketide Biosynthesis”的研究論文。該論文主要研究了在II型聚酮化合物村山醌(Murayaquinone)生物合成的環(huán)化過程中,短鏈脫氫酶超家族(SDR)蛋白MrqM的功能。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生高耀杰為該論文第一作者,蔣明副研究員為通訊作者。
圖1.村山醌的生物合成基因簇及其推測(cè)的合成途徑
?
II型聚酮化合物是小分子臨床藥物的重要來(lái)源,如化療藥物阿霉素和光神霉素、臨床抗生素四環(huán)素等。它們生物合成過程及蘊(yùn)含的生物化學(xué)機(jī)制,尤其是碳骨架的生物合成機(jī)制研究,依然存在較大挑戰(zhàn)亟待細(xì)致研究。其中,II型聚酮化合物的成環(huán)方式對(duì)它們的結(jié)構(gòu)多樣性和生物活性至關(guān)重要,探究它們的環(huán)化機(jī)制對(duì)發(fā)現(xiàn)新穎的酶催化反應(yīng)具有重要意義。SDR家族蛋白是最大最多樣化的NAD(P)依賴酶超家族之一,已知的SDR家族蛋白超過47,000個(gè)。但據(jù)我們所知,目前并沒有關(guān)于SDR家族蛋白作為II型聚酮環(huán)化酶案例的報(bào)道。
村山醌系由鏈霉菌產(chǎn)生的一種芳香聚酮抗生素,分子中含有天然產(chǎn)物罕見的9,10-菲醌母核;不同于直鏈的9,10-蒽醌,9,10-菲醌的芳香環(huán)呈角形排列。在村山醌生物合成基因簇包含三個(gè)典型的短鏈脫氫酶(MrqF、MrqH和MrqM),在前期推測(cè)的村山醌生物合成過程中,只需要其中兩個(gè)酶MrqF和MrqH發(fā)揮作用,而第三個(gè)短鏈脫氫酶MrqM似乎是冗余的。通過體內(nèi)遺傳學(xué)、生物信息學(xué)、蛋白定點(diǎn)突變以及分子模擬等方法,作者發(fā)現(xiàn)敲除了mrqM基因的突變株主要積累代謝產(chǎn)物(SEK43),從結(jié)構(gòu)上看SEK43只完成了村山醌合成中第一個(gè)環(huán)的環(huán)化與芳香化,而沒有形成第二個(gè)環(huán),這暗示MrqM與村山醌第二個(gè)環(huán)的環(huán)化密切相關(guān)。接著對(duì)MrqM進(jìn)行定點(diǎn)突變,驗(yàn)證了Y151和K155是MrqM及其同源蛋白發(fā)揮環(huán)化功能必須的關(guān)鍵殘基位點(diǎn),并推測(cè)了具體的環(huán)化機(jī)制。此外通過化學(xué)合成同源基因rslO3和msnO1,并將它們回補(bǔ)至mrqM的缺失突變株后成功回復(fù)野生型表型,揭示了不同種屬中存在與mrqM相似的功能基因,這表明了MrqM在II型聚酮化合物合成過程中發(fā)揮環(huán)化功能的廣泛性與重要性。
圖2.MrqM催化的環(huán)化機(jī)制示意圖
?
總之,該工作所探究的SDR超家族蛋白MrqM,在村山醌生物合成過程中作為一個(gè)環(huán)化酶,負(fù)責(zé)村山醌第二個(gè)環(huán)的環(huán)化。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn),不僅拓寬了SDR超家族蛋白的功能,而且也為今后聚酮類化合物的環(huán)化與工程化改造提供了理論指導(dǎo)并奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
蔣明課題組長(zhǎng)期從事村山醌、醌那霉素等II型聚酮天然產(chǎn)物的生物合成研究。該論文是他們?cè)趯?shí)現(xiàn)村山醌異源表達(dá)并鑒定其碳骨架重排(Cell?Chemical?Biology,2017)研究成果后的又一重要進(jìn)展。該研究工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃?(2018YFA0900402),國(guó)家自然科學(xué)基金(31870026、21661140002)的資助。
?
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110445
?
版權(quán)與免責(zé)聲明:本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性,也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái),不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱:sales@allpeptide.com