亚洲国产精品嫩草影院久久,亚洲精品成人中文网,成人黄色一级毛片一

▲第一作者：Fanglong Zhao ；通訊作者：Xue Gao

通訊單位：Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Rice University

論文DOI：10.1002/anie.202005770

全文速覽

Quinolactacin A2（1）是一種真菌生產(chǎn)的新型生物堿類天然產(chǎn)物，分子中含有獨(dú)特的喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，具有抑制乙酰膽堿酯酶活性和抑制腫瘤壞死因子生長(zhǎng)的作用，可作為緩解阿爾茨海默癥和腫瘤治療的潛在藥物。近日，萊斯大學(xué)高雪課題組在Penicillium citrinum中發(fā)現(xiàn)了1的生物合基因簇qul，并闡明了1的生源途徑和喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制，為該類化合物的生物合成及工程化修飾奠定了基礎(chǔ)。

背景介紹

喹諾酮和γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)是小分子藥物中兩種重要的藥效團(tuán)，它們參與形成的多種化合物已被用于臨床治療。例如，喹諾酮抗生素ciprofloxacin、ofloxacin和sparfloxacin常用于結(jié)核桿菌感染治療，γ-內(nèi)酰胺類藥物levetiracetam具有抗驚厥活性，已被用于癲癇癥的臨床治療中。近年來(lái)，研究人員從真菌中分離出一類新型的生物堿類天然產(chǎn)物Quinolactacins，其分子具有獨(dú)特的喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺融合結(jié)構(gòu)，這種雙藥效團(tuán)化合物有望緩解日益增加的抗生素耐藥性問(wèn)題。然而，Quinolactacins生物合成過(guò)程以及喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)形成的酶催化機(jī)制尚未報(bào)道。

研究出發(fā)點(diǎn)

研究Quinolactacins生物合成過(guò)程以及喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)形成的酶催化機(jī)制對(duì)于該類化合物藥物的工程化改造、結(jié)構(gòu)和功能的多樣性拓展及應(yīng)用具有重要意義。

圖文解析

該研究發(fā)現(xiàn)喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)是由NRPSs（QulA和QulB）利用前體β-酮酸和L-異亮氨酸通過(guò)Dieckmann環(huán)化組裝而成。β-酮酸（9）則是初級(jí)代謝產(chǎn)物L(fēng)-犬尿氨酸通過(guò)一系列酶修飾產(chǎn)生的非天然氨基酸。

在本文中，作者采用一系列基因敲除和酶體外催化研究，揭示了一條新的L-犬尿氨酸（2）修飾途徑，包括N-甲基化反應(yīng)，獨(dú)特的FMN-α-羧酸脫氫酶（QulF）催化的脫氫脫羧反應(yīng)和Amidase催化的酰胺水解反應(yīng)。這一途徑為NRPS提供了一種新型底物β-酮酸前體（9）。其中，QulF是首次報(bào)道的可利用α-氨基酸進(jìn)行脫氫和脫羧反應(yīng)的FMN-α-羧酸脫氫酶類。值得注意的是，在這一途徑中，催化中間體8水解的Amidase并不在qul基因簇中。作者通過(guò)生物信息學(xué)分析，從P. citrinum基因組中檢索到11個(gè)含有Amidase特征序列的基因，通過(guò)蛋白表達(dá)和體外反應(yīng)確定Amidase #7可催化該步反應(yīng)。

此外，作者表征了qul基因簇中NRPS蛋白QulA和QulB的功能，并提出了喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺的合成機(jī)制。盡管β-酮酸（9和10）可快速自發(fā)環(huán)化，QulB可高效利用這兩個(gè)不穩(wěn)定的β-酮酸，并與QulA激活的L-異亮氨酸縮合，繼而通過(guò)QulA的R*結(jié)構(gòu)域所催化的Dieckmann環(huán)化及后續(xù)的自發(fā)環(huán)化形成喹諾酮-γ-內(nèi)酰胺三環(huán)結(jié)構(gòu)。

總結(jié)與展望

在之前的報(bào)道中，R*結(jié)構(gòu)域催化的Dieckmann環(huán)化反應(yīng)都是通過(guò)雜合的PKS-NRPS完成，其中PKS模塊負(fù)責(zé)β-酮酸的形成，NRPS中的R*結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)Dieckmann環(huán)化。本文報(bào)道了一種利用α-氨基酸后修飾產(chǎn)生β-酮酸的新型代謝途徑。另外作者還揭示出QulB的底物激活結(jié)構(gòu)域中一保守位點(diǎn)突變，使其更加適合β-酮酸前體的利用，并使得NRPS R*結(jié)構(gòu)域催化的Dieckmann環(huán)化與PKS模塊解耦。這項(xiàng)工作對(duì)真菌NRPS化學(xué)和功能的多樣性擴(kuò)展具有重要意義。

課題組介紹

CAPTION: Xue Sherry Gao

美國(guó)萊斯大學(xué)高雪教授課題組現(xiàn)在正在招聘博士后兩名（有機(jī)合成或化合物分離一名；分子生物學(xué)方向一名）、博士研究生兩名，歡迎具有化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物工程等相關(guān)專業(yè)背景加盟，碩士以及有相關(guān)科研經(jīng)驗(yàn)的本科畢業(yè)生優(yōu)先考慮。高雪教授博士畢業(yè)于加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)工程及生物分子工程學(xué)系，從事Protein engineering and natural product biosynthesis 研究；隨后在哈佛大學(xué)化學(xué)系從事博士后研究工作，開(kāi)展CRISPR基因編輯研究。高雪教授2017年在全美頂尖私立大學(xué)萊斯大學(xué) （Rice University）建立課題組。實(shí)驗(yàn)室位于世界最大醫(yī)學(xué)中心，緊鄰MD anderson 癌癥中心，貝勒醫(yī)學(xué)中心，資源豐富（實(shí)驗(yàn)樓如圖所示）。課題組研究方向包括：基因編輯、合成生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)以及相關(guān)交叉學(xué)科。課題組已經(jīng)和即將取得多項(xiàng)美國(guó)國(guó)家經(jīng)費(fèi)支持，科研經(jīng)費(fèi)充足。

研之成理各