聚醚类盐霉素的生物合成机理解析

Salinomycin, a polyether antibiotic, not only has anticoccidial and antibacterial activities, but also has the ability to kill cancer stem cells effectively. However, the biosynthetic mechanism of salinomycin remains not very clear. Previous investigations showed that the biosynthetic pathway of salinomycin contained novel catalytic reactions, such as the formation of tricyclic spiroacetal and the release of polyether chain.. In this study, we will characterize the formation of the tricyclic spiroacetal catalyzed by methyltransferase-like enzyme SlnM through biochemical reaction, elucidate the catalytic mechanism of SlnM by analyzing its crystal structure and the co-crystal with substrates, and investigate the function of key residues in SlnM by site-directed mutagenesis to reveal its novel mechanism. Furthermore, we will investigate the involvement of epoxide hydrolase SlnBI on polyether-chain release and identify the timing of the polyether-chain release in the biosynthetic pathway of salinomycin. In addition, we will also study the mechanism of C20 hydroxylation. Elucidating the mechanism of salinomycin biosynthesis will expand our understanding of polyether antibiotics and pave the way for targeted engineering of salinomycin structures and its productivity.

聚醚类盐霉素不仅具有广泛的抗鸡球虫和抗细菌的活性，而且能够高效的杀死肿瘤干细胞，具有潜在的临床应用前景。但是，其生物合成机制迄今仍不十分清楚。前期研究发现，盐霉素的生物合成中包含新颖的催化反应，如三元螺环的形成和聚醚链的释放。. 本项目拟通过体外生化反应来表征甲基转移酶类似酶SlnM催化三元螺环形成的酶促反应特征，利用SlnM以及其与底物的共结晶的晶体结构来解释SlnM的催化机制，并采用定点突变技术考察SlnM中关键氨基酸的功能，从而揭示SlnM催化的新颖反应。此外，本项目将通过体外生化反应来阐明环氧化水解酶SlnBI催化的聚醚链释放机制，并确定聚醚链释放在盐霉素生物合成中发生的时间。最后，本项目还将结合体内和体外实验考察盐霉素生物合成中C20位的羟基化机制。对盐霉素的生物合成机制的解析将丰富和扩展对聚醚类抗生素的认识，也为定向设计具有更高活性的盐霉素衍生物和提高盐霉素产量奠定基础。

聚醚类盐霉素不仅具有广泛的抗鸡球虫和抗细菌的活性，而且能够高效的杀死肿瘤干细胞，具有潜在的临床应用前景。但是，其生物合成机制迄今仍不十分清楚。前期研究发现，盐霉素的生物合成中包含新颖的催化反应，如三元螺环的形成和聚醚链的释放。本项目通过体外生化反应表征了甲基转移酶类似酶SlnM催化三元螺环形成的酶促反应特征，并采用定点突变技术考察了SlnM中关键氨基酸的功能，从而揭示了SlnM利用正电荷的催化新颖反应，相关研究成果发表在《德国应用化学》上。此外，本项目通过体外生化反应来阐明环氧化水解酶SlnBI催化的六元环形成及偶联的聚醚链释放机制。同时通过比较功能基因组研究，从代谢、调控和营养利用等角度阐明了盐霉素的高产机制；通过P450基因缺失与聚酮双结构替换，获得了药理活性明显提升的抗真菌匹马霉素的衍生物，并实现了基因工程高产（在AMB发表2篇论文，并获得2项中国专利授权）。对盐霉素的生物合成机制的解析将丰富和扩展对聚醚类抗生素的认识，也为定向设计具有更高活性的盐霉素衍生物和提高盐霉素产量奠定了基础。