微生物所楊克遷研究組在II型聚酮生物合成及產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分化研究中取得研究進展
聚酮化合物是一大類次級代謝產(chǎn)物，具有多樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及豐富的生物活性，包含許多在臨床或其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的抗生素、抗真菌劑、細胞抑制劑、抗膽堿結(jié)合劑、抗寄生蟲劑、動物生長促進劑和天然殺蟲劑等。中國科學(xué)院微生物研究所楊克遷研究組長期從事II型聚酮生物合成及其調(diào)控機制的研究。在研究中發(fā)現(xiàn)，一類具有不同骨架結(jié)構(gòu)的II型聚酮化合物，均是由相同的角蒽環(huán)聚酮中間體，經(jīng)過B環(huán)氧化開環(huán)反應(yīng)生成的。一類獨特的氧化酶催化了這一氧化開環(huán)反應(yīng)，利用相同的底物、相似的反應(yīng)條件，分別合成不同骨架結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，因此是此類聚酮化合物結(jié)構(gòu)分化的關(guān)鍵節(jié)點。
最近，楊克遷研究組對已知的氧化開環(huán)酶進行了系統(tǒng)發(fā)生分析，結(jié)果顯示這類氧化酶形成一個蛋白質(zhì)家族，參與不同骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的生物合成，并且不同的進化分支與不同產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。楊克遷研究組與生物物理所劉志杰研究組合作，解析了氧化開環(huán)酶AlpJ的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示AlpJ結(jié)構(gòu)可以分為N端結(jié)構(gòu)域及C端結(jié)構(gòu)域兩部分，這兩部分序列有較弱的相似性，并且與蒽酮加氧酶ActVA-Orf6均表現(xiàn)出較弱的序列相似性。AlpJ晶體結(jié)構(gòu)與ActVA-Orf6二聚體結(jié)構(gòu)可以很好的疊合，同時體積排阻色譜與靜態(tài)光散射實驗也表明AlpJ在溶液中以單體形式存在，表明AlpJ的單體是其生理活性狀態(tài)。通過結(jié)構(gòu)比較與分子對接確定了可能參與底物結(jié)合與催化的關(guān)鍵殘基，并通過定點突變實驗進行驗證。AlpJ晶體結(jié)構(gòu)與ActVA-Orf6二聚體結(jié)構(gòu)疊合顯示AlpJ存在兩個底物結(jié)合口袋，分別位于N端與C端結(jié)構(gòu)域。定點突變實驗表明，兩個底物結(jié)合口袋都參與AlpJ的催化過程，并且兩個結(jié)構(gòu)域的界面也對其催化活性有重要影響。這些結(jié)果表明AlpJ的兩個底物結(jié)合口袋可能存在協(xié)同作用。這一研究有助于加深對于氧化開環(huán)酶的催化功能及結(jié)構(gòu)−功能關(guān)系的認識。
該項成果于2016年11月18日在線發(fā)表于《ACS Chemical Biology》，中國科學(xué)院微生物研究所潘國輝博士、生物物理所高小芹、微生物所范可強副研究員為并列第一作者，微生物所楊克遷研究員、上海科技大學(xué)武棟副教授、生物物理所劉志杰研究員為并列通訊作者。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acschembio.6b00621
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