抗肿瘤抗生素xantholipin的生物合成研究

Xantholipin是灰黄链霉菌(Streptomyces flavogriseus)产生的一种多环占吨酮（xanthone）类抗生素，具有抗肿瘤、抗真菌等多种生物活性。在克隆Xantholipin生物合成基因簇及建立S. flavogriseus稳定的遗传操作体系基础上，探索多环吨酮类抗生素的生物合成机制和独特酶学机理。利用基因中断、互补等分子遗传学手段以及体外酶学分析，在分子和蛋白水平上揭示其生物合成的基本途径。为进一步运用组合生物合成和代谢工程的手段合理修饰xantholipin的生物合成途径，扩展结构的多样性，探索水溶性好的新型抗肿瘤药物建立基础。

xantholipin是一类聚环xanthone类化合物，具有良好的抗细菌、抗真菌及抗肿瘤的生物活性。这类化合物具有特殊的xanthone环和高度氧化的结构，并且也普遍存在亚甲基双氧桥、内酰胺环，同时含有一个与xanthone 环相连的氯原子。鉴于xantholipin独特的化学结构与作用机理，科学家们长期以来对其表现出浓厚的研究兴趣，但其生物合成机理一直悬而未决。因此，克隆Xantholipin生物合成基因，从分子水平上阐明xantholipin独特的生物合成机理，可以为揭示聚环xanthone 类化合物共同的生物合成途径奠定理论基础，也可以利用组合生物合成手段产生具有更高生物活性的xantholipin衍生物，具有重要研究意义。本研究克隆了52 kb xantholipin的生物合成基因簇，确定了基因簇的边界，同时发现基因簇中编码了一个特殊的C11 酮基还原酶，负责xantholipin碳链芳香化前的酮基还原反应。同时，本研究通过基因中断实验得到了9个xantholipin的结构衍生物，其中两个进行了结构鉴定。这些发现揭示了xantholipin生物合成途径中的3个关键步骤的形成，包括黄素依赖单加氧酶参与的xanthone结构的形成，酰胺合酶负责的酰胺键的形成，以及首次揭示了细菌来源的细胞色素P450单加氧酶负责的亚甲基双氧桥的形成。xantholipin生物合成途径的研究，有助于揭示聚环xanthone类化合物生物合成过程中经历的特殊的修饰反应，同时为通过基因工程手段获得具有更好生物活性的xantholipin类似物及同类化合物的结构衍生物提供了基础。