9月5日，英國皇家化學學會《化學科學》(Chemical Science)期刊在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學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，通過一連串的代謝反應生化修飾，形成復雜多樣的結(jié)構(gòu)。在上世紀70年代，針對富產(chǎn)這一家族抗生素的放線菌的遺傳代謝研究發(fā)現(xiàn)具有獨特雙環(huán)多碳糖的核苷類抗生素，并推測其可能作為關(guān)鍵中間體代謝物參與多個核苷類抗生素的生物合成。雖然相關(guān)的合成基因簇測序工作已經(jīng)完成，但是對于其生物合成形成的分子機制一直沒有生化基礎(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。
針對這些問題，肖友利研究組博士生賀妮莎等人，與武漢大學鄧子新團隊從事多氧霉素抗生素遺傳代謝研究的陳文青課題組、中科院上海有機化學研究所研究員唐功利合作，根據(jù)必需蛋白酶的生信預測功能，結(jié)合代謝物之間轉(zhuǎn)化的化學和酶學方面的要求，首先通過體外雙酶的混合體系實現(xiàn)了推測底物3'EUMP到OA(P)的轉(zhuǎn)化。進一步的分步細致解析，鑒定了該生物轉(zhuǎn)化中雙酶各自的功能，并提出了相應兩步催化的分子形成機制。值得一提的是，其中負責關(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)已多達近五萬個，且其數(shù)量還在不斷增加，但人們對該類蛋白參與催化獨特酶促反應機制認識仍非常有限，因此PolH酶學功能的闡明對理解該類蛋白所催化的新穎自由基機制的碳碳鍵形成的反應邁出了重要一步。
該研究得到國家青年千人計劃、國家自然基金委、生命有機國家重點實驗室和上海市科委等經(jīng)費的資助。分子質(zhì)譜和蛋白質(zhì)的順磁共振波譜測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)服務中心代謝組學與蛋白互作技術(shù)平臺和中科院合肥研究院強磁場科學中心的支持與幫助。
上海生科院揭示核苷類抗生素多碳糖雙環(huán)骨架的生物合成機制
