近日，中國科學院微生物研究所真菌學國家重點實驗室尹文兵研究團隊在Angewandte Chemie發(fā)表文章。團隊通過解析pretrichodermamide A的生物合成途徑，揭示了非沉默生物合成途徑中隱性多硫代二酮哌嗪類化合物（ETP）類次級代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣性的形成機制。?

ETPs是一類由真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，其中一個亞類pretrichodermamides含有獨特的α,?b'-二硫橋、1, 2-噁嗪環(huán)和復(fù)雜的多環(huán)結(jié)構(gòu)（A–F環(huán)，圖1），復(fù)雜的結(jié)構(gòu)加大了其有機合成的難度，嚴重制約了pretrichodermamide的藥用開發(fā)。因此，研究pretrichodermamides的生物合成途徑是理解該類次級代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和多樣性的關(guān)鍵手段。?

前期研究中，尹文兵團隊在炭團木霉中鑒定了pretrichodermamide A和其生物合成基因簇（Chemical Science, 2021, 12, 4132-4138）。本項研究則通過基因敲除和體外蛋白反應(yīng)解析α,?b'-二硫橋形成后的pretrichodermamide A生物合成步驟（圖2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個細胞色素P450氧化酶TdaB和TdaQ分別催化C8,?C9過氧化和N10羥基化，再經(jīng)由自發(fā)環(huán)化形成獨特的1, 2-噁嗪環(huán)（B環(huán)），這一發(fā)現(xiàn)為1, 2-噁嗪環(huán)的酶法合成提供了新元件；P450氧化酶TdaI、甲基轉(zhuǎn)移酶TdaO和TdaH依次作用，完成E環(huán)的修飾；還原酶TdaD將呋喃環(huán)（D環(huán)）還原；P450氧化酶TdaG催化環(huán)己二烯結(jié)構(gòu)（A環(huán)）的氧化。?

作者在基因敲除突變株中還發(fā)現(xiàn)大量隱秘的ETPs，其中20個通過NMR進行了結(jié)構(gòu)鑒定。比如，tdaI敲除后，其前體6可以被TdaG、TdaD和TdaH分別催化，經(jīng)由三條不同的旁支途徑，形成6a–6g、15、15c以及15g（圖3），這些結(jié)果說明tda基因簇中不同的修飾酶雖然均具有良好的底物選擇寬泛性，但它們催化的位點和反應(yīng)卻都是專一的。本研究以TdaG、TdaD和TdaH為例，通過不同底物喂養(yǎng)和體外蛋白反應(yīng)，證實了它們底物選擇的寬泛性。?

本研究通過解析α,?b'-二硫橋形成后的pretrichodermamide A復(fù)雜生物合成步驟，鑒定了7個關(guān)鍵的修飾酶，發(fā)現(xiàn)超過20個隱秘的ETPs，揭示了該類次級代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)多樣性的形成機制。又通過這些修飾酶的催化特性，實現(xiàn)ETPs的可預(yù)測生物合成，為其定向挖掘及多樣性創(chuàng)制提供了新思路。?

研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、中國科學院戰(zhàn)略生物資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃生物資源衍生庫項目和博士后科學基金的資助。尹文兵研究員為本文通訊作者，特別研究助理范潔博士和冉火苗博士為共同第一作者，德國馬爾堡大學李書明教授和中國醫(yī)學科學院藥物研究所胡友財研究員對本研究給予了大力支持。?

(消息來源：中國科學院微生物研究所官網(wǎng))