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Angew. Chem. :一个多功能的细胞色素P450酶催化Palmarumycin螺二萘中关键螺缩酮的形成2024-07-04
螺二萘(Spirobisnaphthalene)是一类由两分子1, 8-二羟基萘(DHN)通过螺缩酮键连接而成的、高度氧化的天然产物。自1989年发现首个螺二萘以来,至今已有超过170个结构被发现。该类化合物具有复杂而独特的结构,并具有抗肿瘤、抗菌等多种生物活性。关于螺二萘的化学全合成已有较多研究,但其生物合成机制尚未被揭示。

近日,中国农业大学植物保护学院赖道万副教授团队首次报道了Palmarumycin螺二萘的生物合成基因簇, 揭示了Palmarumycin螺二萘的生物合成途径,阐明了四个新颖的氧化还原酶的作用机制,包括2个细胞色素P450酶、1个短链脱氢酶/还原酶以及FAD依赖的氧化酶。

 

 

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该研究首先通过全基因组测序、基因敲除、转录分析、米曲霉异源表达等手段,从内生真菌Berkleasmium sp. Dzf12中鉴定到参与螺二萘生物合成的、位于不同染色体上的2个生物合成基因簇(BGC),分别为DHN BGC及pal BGC。

通过关键中间体化学合成、蛋白异源表达以及体外反应,揭示了一个特殊的、多功能P450酶PalA负责催化螺缩酮键的形成。研究结果表明,PalA先催化两分子DHN形成二萘醚中间体19,再经过连续的氧化产生螺二萘Palmarumycin C2。此外,通过蛋白结构预测、分子对接及点突变实验,揭示了PalA的关键活性位点。

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通过在米曲霉及酵母异源表达、底物饲喂等手段,该研究还阐明了参与Palmarumycin生物合成的其他氧化还原酶(PalB~PalD),揭示了Palmarumycin螺二萘的复杂生物合成途径。其中,PalB催化萘环C-5位的羟基化;PalC催化1-酮基还原及其可逆的1-脱氢氧化、2,3-环氧键还原;PalD催化1-羟基氧化为1-酮基。

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这项研究首次揭示了催化Palmarumycin螺二萘产生的新颖氧化还原酶,为相关结构的化学酶法合成提供了基因和酶资源,也有助于其他类型螺二萘的生物合成研究。

文信息

Elucidation of palmarumycin spirobisnaphthalene biosynthesis reveals a set of previously unrecognized oxidases and reductases.

Siji Zhao,  Zhen Shen,  Ziqi Zhai,  Ruya Yin,  Dan Xu,  Mingan Wang,  Qi Wang,  You-Liang Peng,  Ligang Zhou,  Daowan Lai.

第一作者:中国农业大学博士研究生赵思霁。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401979

 

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