9月5日，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)《化學(xué)科學(xué)》(Chemical Science)期刊在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所肖友利研究組題為Construction of the octosyl acid backbone catalyzed by a radical S-adenosylmethionine enzyme and a phosphatase in the biosynthesis of high-carbon sugar nucleoside antibiotics 的研究論文。該工作揭示了重要綠色生物農(nóng)藥多氧霉素生物合成中具有獨(dú)特八碳糖雙環(huán)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物庚糖酸(OA)的分子形成機(jī)制。
含有200多種結(jié)構(gòu)迥異的核苷類抗生素具有豐富多樣的生物活性，并作為藥物廣泛應(yīng)用于抗菌、抗病毒和抗癌等方面。這一家族的天然產(chǎn)物通常以核苷分子母核作為起始代謝物，通過(guò)一連串的代謝反應(yīng)生化修飾，形成復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)。在上世紀(jì)70年代，針對(duì)富產(chǎn)這一家族抗生素的放線菌的遺傳代謝研究發(fā)現(xiàn)具有獨(dú)特雙環(huán)多碳糖的核苷類抗生素，并推測(cè)其可能作為關(guān)鍵中間體代謝物參與多個(gè)核苷類抗生素的生物合成。雖然相關(guān)的合成基因簇測(cè)序工作已經(jīng)完成，但是對(duì)于其生物合成形成的分子機(jī)制一直沒(méi)有生化基礎(chǔ)上的解釋，關(guān)鍵的功能蛋白酶也不清晰。而通過(guò)傳統(tǒng)遺傳代謝方面的研究也并不能解析必需蛋白參與生物合成的功能。
針對(duì)這些問(wèn)題，肖友利研究組博士生賀妮莎等人，與武漢大學(xué)鄧子新團(tuán)隊(duì)從事多氧霉素抗生素遺傳代謝研究的陳文青課題組、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員唐功利合作，根據(jù)必需蛋白酶的生信預(yù)測(cè)功能，結(jié)合代謝物之間轉(zhuǎn)化的化學(xué)和酶學(xué)方面的要求，首先通過(guò)體外雙酶的混合體系實(shí)現(xiàn)了推測(cè)底物3'EUMP到OA(P)的轉(zhuǎn)化。進(jìn)一步的分步細(xì)致解析，鑒定了該生物轉(zhuǎn)化中雙酶各自的功能，并提出了相應(yīng)兩步催化的分子形成機(jī)制。值得一提的是，其中負(fù)責(zé)關(guān)鍵成環(huán)的是一類S-腺苷甲硫氨酸(SAM)自由基蛋白酶PolH，盡管這類SAM-依賴的自由基蛋白超家族的成員數(shù)已多達(dá)近五萬(wàn)個(gè)，且其數(shù)量還在不斷增加，但人們對(duì)該類蛋白參與催化獨(dú)特酶促反應(yīng)機(jī)制認(rèn)識(shí)仍非常有限，因此PolH酶學(xué)功能的闡明對(duì)理解該類蛋白所催化的新穎自由基機(jī)制的碳碳鍵形成的反應(yīng)邁出了重要一步。
該研究得到國(guó)家青年千人計(jì)劃、國(guó)家自然基金委、生命有機(jī)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海市科委等經(jīng)費(fèi)的資助。分子質(zhì)譜和蛋白質(zhì)的順磁共振波譜測(cè)試工作分別得到了中科院上海生科院植生生態(tài)所公共技術(shù)服務(wù)中心代謝組學(xué)與蛋白互作技術(shù)平臺(tái)和中科院合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心的支持與幫助。
上海生科院揭示核苷類抗生素多碳糖雙環(huán)骨架的生物合成機(jī)制
