异腈类铜载体SF2768合成、降解、运输及调控机制的研究

The biosynthetic gene cluster of the diisonitrile compound SF2768 was cloned from Streptomyces thioluteus and previous study of this cluster disclosed that SF2768 functions as a chalkophore that specifically chelates copper ions and transports them into cells. Further functional studies of biosynthesis, degradation, transportation and regulation mechanisms of SF2768 will reveal the working principle of this chalkophore system and all related functional genes. Meanwhile, the regulation effects of copper ions and other external environment signals on this chalkophore system will also be studied to clarify its biological significance.

在前期研究中我们发现了异腈类化合物SF2768的生物合成基因簇，并通过一系列的实验证实该化合物可以特异性地螯合铜离子，并将其运输到细胞内，是一种新型的铜载体。本项目拟从研究SF2768的代谢和运输途径入手，详细描绘出这种铜载体系统的工作原理，包括合成、降解、外排和摄入的过程及其相关的重要基因，同时研究铜离子和其它外界环境信号对这种铜载体系统的调控作用，为阐明这种铜载体的生物学意义奠定基础。

项目以新型异腈类铜载体SF2768的生物合成基因簇为研究对象，从化合物的合成、降解、外排和摄入相关基因入手，通过关键合成酶的功能研究以及合成途径的体外重建，揭示出化合物SF2768完整的生物合成途径，发现负责起始单元活化的蛋白SfaB同时具有酰胺化（腺苷化）和硫酯化反应的能力，是一种非常有应用价值的新型生物催化酶。成功分离、提取并鉴定出铜载体SF2768的降解产物，并通过体内外酶学研究证实异腈水合酶SfaF可降解多余的铜载体SF2768，维持细胞内铜的稳态平衡。通过实验证实MFS家族蛋白Orf12负责将铜载体SF2768分泌到胞外，而ABC超家族转运蛋白Orf19-21则将鳌合有铜离子的载体以复合物Cu-SF2768形式转运到胞内，从而解析出异腈化合物SF2768作为金属离子载体运输铜离子的完整过程。最后解析SF2768的抑菌机理，证实这类化合物是铜离子依赖的酶的抑制剂，不仅可以为产生菌从环境中获取铜离子，还能够抢夺其他微生物的铜离子，使其呼吸链上的细胞色素c氧化酶失活进而积累ROS，抑制其他微生物的生长。项目通过解析异腈类铜载体SF2768合成、降解、外排和摄入的途径，阐明了这种载体系统的工作原理，为理解异腈天然产物的功能和生物学意义带来了新的观点和认识。