高效抗肿瘤天然产物FR901464的生物合成研究

FR901464, isolated from the fermentation broth of Pseudomonas sp. No.2663, is a high potent antitumor natural product with novel mode of action. It was identified as a pre-mRNA inhibitor, which targets SF3b subcomplex in the U2 small nuclear ribonucleoprotein particle of spliceosome, blocks splicing and prompts nuclear export of intron-bearing precursors. However, the structural instability limits its further applications in clinic. For the goal of improving its structural stability, we first intend to establish its biosynthetic pathway and reveal its biosynthetic mechanisms, such as the enzymatic mechanisms of chain initiation, chain extension, chain termination, tetrahydropyran ring formation and other tailoring steps, through our in vivo and in vitro studies. And then, we can further use methods of combination biosynthesis, enzymatic catalysis, and chemical modifications to obtain series of FR901464 structural homologs, which can be used in screening for higher structural stability and antitumor activity.

FR901464是由假单胞菌Pseudomonas sp. No.2663产生的具有良好抗肿瘤活性和新型作用机制的天然产物，它主要是通过抑制前体mRNA剪切来发挥作用的。但由于结构上的不稳定性，限制了其在临床上的进一步应用。基于对其结构进行改造的目的，我们希望在克隆其生物合成基因簇的基础上，通过基因的体内功能研究和体外生化实验，揭示其特殊的链起始、链延伸和链解离机制，以及四氢吡喃环形成和其他后修饰过程的酶学机制，进而建立其基本的生物合成途径。初步探索综合运用组合生物合成、酶催化和化学修饰相结合的方法，对其生物合成途径进行合理修饰和改造，获得一系列的结构类似物，为进一步筛选活性和稳定性更好的抗肿瘤先导化合物奠定基础。

FR901464是一种具有良好抗肿瘤活性的天然产物，其活性主要是通过抑制前体mRNA的剪切来实现。但由于该化合物在生理条件下结构不稳定，从而限制了其在临床上的进一步应用。如何通过结构的改造修饰来获得高活性且结构稳定的FR901464结构类似物就成为相关研究的一个主要目标。本项目的主要目标即是深入开展FR901464的生物合成机制研究，并在此基础上探索多种方法相结合的方式获得FR901464结构类似物的可行性。. 在项目资助期内，主要完成了FR901464生物合成途径中部分独特机制的深入研究，部分成果已发表在相应的专业期刊上:.1. 乳酰起始单元的生物合成机制. 生化实验证实，1,3-二磷酸甘油酸首先在甘油酰转移酶结构域的催化下形成甘油酰单元，然后在脱水酶结构域的催化下形成丙酮酰单元，最后在酮基还原酶的作用下形成乳酰单元(S-构型)。这一发现不仅揭示了聚酮化合物生物合成中一类特殊起始单元——乳酰单元的生物合成机制，而且也为聚酮类天然产物的结构改造提供了新的结构模块及其合成酶。.2．顺式双键的形成机制. 通过体外生化实验证实硫酯酶结构域FR9C-TE负责催化聚酮链上的羟基脱水形成顺式双键，这与人们熟知的硫酯酶结构域的功能（水解或大环内酯化）是不一样的。这一发现不仅增加了人们对硫酯酶结构域功能的认知，也扩展了人们对聚酮类化合物生物合成的认知。.3. 氧化酶结构域FR9H-Ox的功能研究. 利用合成的模拟底物体外生化实验证实氧化酶结构域FR9H-Ox可以催化硫酯的拜耶尔-维立格氧化。这一发现扩展了人们对构成聚酮合酶的结构域的功能认知。.4. 四氢吡喃环的形成机制. 利用合成的小分子模拟底物进行体外生化实验证实四氢吡喃环是在吡喃环合成结构域的催化下发生羟基对烯酮的迈克尔加成而形成的。实验进一步加深了我们对聚酮合酶中吡喃环合成结构域的认识和理解。