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| 中國(guó)海洋大學(xué)在真菌咪唑碳修飾的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 |
| http://m.cdyszf.com 2025年1月9日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國(guó)海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院、海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李德海教授團(tuán)隊(duì)和海洋生命學(xué)院、海洋生物多樣性與進(jìn)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張玉忠教授團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際期刊Nature
Communications發(fā)表題為“Characterization and structural
analysis of a versatile aromatic prenyltransferase for
imidazole-containing diketopiperazines”（一種含咪唑基團(tuán)二酮哌嗪多功能芳香異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的表征和結(jié)構(gòu)分析）的最新研究進(jìn)展。
DMATS（dimethylallyl tryptophan synthase）家族的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶（prenyltransferases，PTs）在底物識(shí)別方面具有強(qiáng)大的底物混雜性。常見的底物包括色氨酸（及含吲哚的二酮哌嗪）、酪氨酸和其他多種芳香類化合物（如黃酮類、羥基萘、氧雜蒽酮、二苯甲酮等）。然而，咪唑作為具有重要藥理學(xué)功能的芳香雜環(huán)，目前雖已報(bào)道了多個(gè)含咪唑異戊二烯化片段的二酮哌嗪（diketopiperazines，DKPs）類活性化合物，但催化DKPs中咪唑環(huán)進(jìn)行異戊二烯化的酶和催化選擇性機(jī)制尚不清楚。
研究人員在對(duì)一株海洋來源真菌Penicillium solitum HDN11-131中的沉默基因激活過程中，獲得了具有咪唑-C5-反式二甲基烯丙基化的DKP化合物aurantiamine（圖1）。為深入研究咪唑基異戊烯基化過程，首先在P.solitum HDN11-131中鑒定了aurantiamine (1)的生物合成基因簇aura，該基因簇含有編碼DMATS家族PT（AuraA）、MFS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（AuraB）、雙模塊NRPS（AuraC）和P450單加氧酶（AuraD）的相關(guān)基因。利用Aspergillus nidulans進(jìn)行系統(tǒng)的異源表達(dá)，闡明了aurantiamine (1)的生物合成途徑，并在含有auraA和auraC基因的異源株AN-auraAC中發(fā)現(xiàn)了AuraA催化咪唑-C2-順式異戊烯基修飾的新取代模式產(chǎn)物dihydroveridamine (4)。體外酶學(xué)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了AuraA既能催化咪唑的脫氫環(huán)二肽cyclo-(L-Val-DH-His)生成咪唑-C5-反式異戊烯基化產(chǎn)物1，也能催化環(huán)二肽cyclo-(L-Val-L-His)生成咪唑-C2-順式異戊烯基化產(chǎn)物4（圖1）。
圖1 基因簇aura的表征
鑒于AuraA能基于單鍵/雙鍵不同的相似底物催化位置（2位和5位）和模式（順式和反式）不同的異戊烯基化反應(yīng)，研究人員應(yīng)用冷凍電鏡技術(shù)，解析了AuraA及其2個(gè)三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)（AuraA-DMSPP-2和AuraA-DMSPP-3），并系統(tǒng)分析了催化口袋內(nèi)殘基的構(gòu)象變化及底物結(jié)合模式（圖2），揭示了異戊烯基供體與受體相對(duì)位置及距離對(duì)不同催化模式和產(chǎn)物的影響，闡明了AuraA催化咪唑基異戊烯基化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及催化選擇性分子機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)該酶進(jìn)行工程化改造，結(jié)果表明幾乎所有突變體都發(fā)生了產(chǎn)物多樣性的改變，尤其是位于酪氨酸屏蔽區(qū)的AuraA-Y207A突變體能高效率催化cyclo-(L-Val-DH-His)產(chǎn)生C2位順式異戊烯基化產(chǎn)物viridamine (5)，表明了該酶具有廣闊的可系統(tǒng)改造前景。本研究為咪唑小分子藥物烷基化修飾提供了新的可用酶工具，同時(shí)為DMATS家族酶的識(shí)別催化機(jī)制和工程化改造奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
圖2 AuraA及其三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)
中國(guó)海洋大學(xué)為第一完成單位和第一通訊作者單位，李德海教授和張玉忠教授為共同通訊作者，醫(yī)藥學(xué)院博士后王文雪、海洋生命學(xué)院王鵬副教授、醫(yī)藥學(xué)院博士后馬傳騰、海洋生命學(xué)院李康副教授為并列第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、青島海洋科技中心科技創(chuàng)新項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55537-8
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