深海放线菌新型抗肿瘤聚醚类化合物polydecamycin的构型鉴定及生物合成研究

Based on our previous studies on genome mining, polydecamycin (1), a novel polyether possessing an unusual decalin ring, was isolated from a mutant of deep-sea-derived Streptomyces sp. SCSIO 03032. In addition, this compound exhibited potent cytotoxicities against multiple types of human colorectal cancer cells. We intend to carry out the following studies: 1) Integration of depth bioinformatics analysis with chemical degradation and extensive spectroscopic analysis enables assignment of the complex absolute configuration of 1. 2) Using multidisciplinary skills of molecular biology, microbiology and chemical biology to conduct the biosynthesis of 1 and to elucidate the enzymatic mechanisms involving into the formation of decalin and THF-THP rings in 1. The implementation of this project will not only discovers novel enzymes and bioactive polydecamycins, but also leads to further development of targeted drug leads for colorectal cancer therapy.

海洋放线菌活性次级代谢产物生物合成研究为开发创新药物提供了新思路。本项目前期通过激活深海放线菌SCSIO 03032中隐形的生物合成基因簇，首次发现了一个具有萘烷(decalin)骨架的复杂聚醚类化合物polydecamycin，该化合物对多种人结直肠癌细胞都具有较好的细胞毒活性，但目前仅通过核磁共振鉴定了其平面结构。因而本项目拟(1)运用生物信息学分析结合化学衍生化和降解、多种波谱分析等方法鉴定该化合物的绝对构型，为类似复杂结构高效准确的鉴定绝对构型提供参考。(2)综合分子生物学、微生物学和化学生物学等多学科技术，开展polydecamycin的生物合成研究，阐明结构中decalin环和四氢呋喃-四氢吡喃环的形成机制，有望发现新的衍生物和独特的功能酶，为开展组合生物合成发现更多抗肿瘤类似物，以及开发靶向的抗结直肠癌先导化合物提供化学实体和科学依据。

海洋放线菌是新药开发的重要来源。本项目从深海放线菌Streptomyces sp. SCSIO 03032中发现了一个具有新颖骨架的复杂聚醚类化合物polydecalinmycin（PDM，因专利申请修改化合物命名），该化合物对多种人结直肠癌细胞都具有较好的细胞毒活性，但其化学结构和生物合成机制尚不明确。本项目确定了PDM的生物合成基因簇pdm，并在异源宿主中成功表达了该基因簇。通过在野生菌中超表达正调控基因pdm26，PDM的产量被提高了40倍。在分别对基因pdm20-22进行了功能缺失实验中，我们得到了新的关键生物合成中间体PDM-2并鉴定了其结构，并对生物合成途径中的主要功能酶进行了体外实验，完善了PDM的生物合成途径的推测。此外，本研究综合生物信息学分析、波谱分析等多种方法推导了PDM化合物的相对构型和绝对构型。我们还发现PDM对HepG-2等多种不同类型的肿瘤细胞株都具有较好的抗肿瘤活性。基于该项目已申请发明专利2项，发表了SCI论文1篇，目前正在撰写SCI论文1篇。本研究成果为后续的药物开发提供了重要的物质基础和理论依据，也为其他聚醚类活性天然产物的挖掘、产量提高和结构鉴定提供了有价值的参考。