基于硫肽类抗生素前体肽改造的生物合成及组合生物合成研究

以Thiostrepton和Nosiheptide为代表的硫肽类抗生素因其独特的分子结构、良好的抗感染活性以及抗肿瘤潜力，正日益成为生物医药领域研究的热点。最新的研究已经证实这类抗生素的生物合成途径源自其基因簇中编码的前体肽的翻译后修饰，我们拟将Thiostrepton和Nosiheptide前体肽基因的前导肽LP和结构肽SP分别进行特定位置的突变，通过研究LP突变导致的基因转录和产素的变化来研究LP基因和产物分别在DNA水平和蛋白水平的作用机制；通过研究SP突变产生的新的硫肽结构类似物，分析其结构变化和对应前体肽突变之间的关系，探讨后修饰酶体系对于底物识别的特异性和容忍度，帮助揭示硫肽分子成熟过程中酶催化反应的分子机制；同时也得到一个包含了Thiostrepton和Nosiheptide结构类似物的硫肽分子库，为未来开发基于硫肽的新药奠定理论和物质基础。

核糖体来源的硫肽类抗生素是一类富含硫、带有多个高度修饰的噻唑/噁唑的天然产物，近年来的研究表明此类抗生素的生物合成牵涉到前体肽的复杂的翻译后修饰过程。在这一课题的研究期间，我们发展出了一个通用方法，可以用来检测编码前体肽的基因反式（trans）作用和相关后修饰的容忍程度不同产生的影响。通过这一方法，我们对硫链丝菌素（thiostrepton，TSR)和诺西肽（nosiheptide，NOS)，这两类双环硫肽的生物合成机制有了进一步的认识。其中，对于TSR前体肽的翻译后修饰过程来说，I1突变成V对于产物分子的形成没有明显影响，说明在1位上载喹哪啶基团（quinaldic moiety）、形成侧链环的过程不是氨基酸残基依赖性的；A2突变成S仅生成了在2位是脱水氨基酸残基的TSR衍生物，暗示2位的脱水是一个位点选择性过程，或者是在这里脱水环化形成噁唑对于产物合成来说是无法做到的。对于NOS的生物合成来说，我们首次给出了其特殊的侧链环基团先于中心异源环形成的结构证据，由此我们推测一个硫肽分子特征性结构的形成源自于共有后修饰和特异性后修饰之间的相互影响。所有这些数据的获得都得益于这个方法，且不需要考虑物种特异性的调控机制，可以用在其他能合成核糖体多肽产物的体系里。