研究發現新型分子間DielsAlder環化酶

近日，廣東省科學院微生物研究所研究員章衛民團隊在國家自然科學基金等項目的資助下，發現了一種負責聚酮類異二聚體lithocarpins生物合成的新型分子間狄爾斯-阿爾德反應（Diels-Alder，DA）環化酶。該酶可以通過合成生物學顯著提升lithocarpins的產量。相關成果發表于《國際生物大分子雜志》（International Journal of Biological Macromolecules）。

lithocarpins合成機制推測及其高效生物合成策略。研究團隊供圖

具有抗腫瘤活性的十元大環內酯雜合tenellone異二聚體聚酮類新骨架化合物lithocarpins A-G，其中lithocarpin E對肝癌細胞具有選擇性毒性，并進一步證實了lithocarpins類似物在小鼠體內的抗肝癌活性，預示lithocarpins具有開發成為特異性抗肝癌藥物先導化合物的潛力。DA酶在復雜聚酮類化合物的生物合成過程中發揮重要作用，但目前已報道的DA酶大多是多功能分子內DA酶。因此，需要進一步挖掘具有高立體選擇性的單功能分子間DA酶，為生物合成新穎的異二聚體聚酮類新化合物提供可靠的酶學工具。

研究人員通過對P. lithocarpus關鍵基因敲除證實lithocarpins由兩個基因簇cluster 41和cluster 81分別生物合成十元大環內酯和tenellone，再通過新型分子間DA酶g7882介導的DA環化反應形成，進一步對修飾基因酰基轉移酶進行基因敲除，證實了酰基轉移酶負責lithocarpin B到lithocarpin A的乙酰化。通過對酰基轉移酶的過表達顯著提升了抗腫瘤化合物lithocarpin A的產量，同時發掘了一個具有顯著抗腫瘤和抗菌活性的新化合物lithocarol G，并對酰基轉移酶的多重生化功能及lithocarol的生物合成機制進行了解析。

Phomopsis lithocarpus中分子間DA酶g7882的過表達能顯著提升lithocarpin A的產量，同時降低前體tenellone B的產量，從而發掘了首例介導異戊烯基二苯酮化合物和大環內酯的單功能分子間DA酶。為了進一步驗證g7882 DA酶的體外生化功能和底物譜，該論文將g7882 DA在大腸桿菌中進行表達純化，并以tenellone和十二元大環內酯為底物驗證了其DA酶活性及其具有底物寬泛性。

“Lithocarpins為分離自海洋真菌Phomopsis lithocarpus的聚酮類新骨架化合物，具有開發成為新型抗腫瘤藥物先導化合物的潛力。”論文通訊作者章衛民表示，該研究結果將加深人們對于DA酶介導的新穎異二聚體聚酮類化合物生物合成機制及新型單功能分子間DA酶g7882催化機制的科學認知，同時促進聚酮類異二聚體類抗肝癌藥物先導化合物的開發和應用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132539