新颖的韧革菌素环合酶及其分子机制研究

基本信息
批准号:21572237
项目类别:面上项目
资助金额:70.00
负责人:曾英
学科分类:
依托单位:中国科学院昆明植物研究所
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张凌,魏国柱,付小莉,杨彦龙,杜刚,周慧,冯克娜
关键词:
环合酶分子内碳碳环合生物合成高等真菌蛋白纯化
结项摘要

Vibralactone, a rare 4/5 fused bicyclic β-lactone, was isolated from the basidiomycete fungus Boreostereum vibrans and found to inhibit pancreatic lipases highly relevant to fat absorption. Inspired by its unique chemical structure and clinical potential for the treatment of obesity, we have recently established the biosynthetic origin of vibralactone and obtained evidence for its biosynthetic pathway that includes several very interesting reactions that may involve unusual enzymes. Our results unequivocally demonstrate that the bicyclic lactone core of vibralactone is derived neither from a seemingly plausible polyketide nor a sesquiterpenoid origin, but instead a shikimate pathway, and could be attributed to a cyclase-catalyzed intramolecular cyclization of the seven-membered ring intermediate. The establishment of its biosynthetic pathway will be valuable for future elucidation of the molecular mechanism for vibralactone biosynthesis. Furthermore, very little has been done on the biosynthetic machineries for bioactive natural products isolated from basidiomycete fungi (also known as mushrooms) in general. Here we aim to track and purify the vibralactone cyclase through an activity-guided purification and protein profiling. Based on heterologous expression and functional characterization of putative enzyme genes, we can identify the enzyme specific for intramolecular cyclization to vibralactone. We hope to provide a glimpse at how the vibralactone cyclase catalyzes the unusual intramolecular C-C cyclization by enzyme kinetics and point mutation experiments. This study not only enables some insight into the understanding of natural product biosynthesis in higher fungi but also supports the wisdom of applying combinational chemistry / synthetic biology for the generation of novel vibralactone analogues, thereby facilitating drug development efforts based on these privileged natural product scaffolds as bioactive labels and lead compounds.

韧革菌素(Vibralactone)是高等真菌褐盖韧革菌(Boreostereum vibrans)产生的活性小分子,其4/5融合双环内酯骨架结构在天然产物中十分罕见。韧革菌素不仅结构新颖,而且显著抑制与脂肪吸收相关的胰脂肪酶活性。最近我们证实了韧革菌素不同寻常的生物合成途径及新颖的环合酶反应。本研究运用酶活性导向分离纯化与蛋白组学技术,分离鉴定具有韧革菌素环合酶活性的蛋白组分;根据基因组、转录组与代谢谱分析,挖掘可能的目标基因;通过异源表达以及酶功能的体外与体内鉴定,进行韧革菌素环合酶基因的功能鉴定;通过酶动力学与氨基酸定点突变研究,解析韧革菌素环合酶新颖的催化机理。研究韧革菌素环合酶新颖的分子机制与催化机理,将为运用组合化学/合成生物学等前沿技术设计和创造新的生物合成途径与新的活性分子奠定基础,进一步拓展韧革菌素类化合物作为分子探针及先导分子在药物发现和化学生物学领域的应用前景。

项目摘要

具有融合双环内酯骨架结构的韧革菌素 (Vibralactone) 不仅化学结构新颖独特,而且显著抑制胰脂肪酶活性。前期我们证实了韧革菌素不同寻常的生物合成途径及新颖的环合酶反应,本研究通过前体类似物喂养与转化产物分离鉴定、酶活性导向的蛋白质分离纯化与蛋白组学技术、基因挖掘与酶活检测等,发现并鉴定了高等真菌褐盖韧革菌中催化七元内酯环发生分子内环合生成韧革菌素的环合酶为α/β-水解酶家族成员;通过酶学特性、氨基酸定点突变、晶体结构等研究,揭示了韧革菌素环合酶 (Vibralactone cyclase, 简称VibC) 新颖的催化机理,即利用丝氨酸-组氨酸-天冬氨酸三联体催化底物氧杂环庚三烯-2(3H)-酮产生亲核烯醇阴离子/碳负离子,从而引发分子内aldol反应或电环合反应形成韧革菌素的双环内酯骨架。韧革菌素环合酶的结构和催化机理完全不同于经典的aldol酶,也有别于聚酮类aldol环合酶;尽管其催化位点与水解酶相似,但两者的催化机制各不相同。韧革菌素环合酶是首个自然酶促aldol反应或电环合反应的水解酶,它的发现丰富了天然产物生物合成中aldol反应酶及周环酶的分子机制与催化机理,扩展了水解酶的自然催化反应类型,为合成生物学设计和创造新的生物合成途径与新的活性分子奠定了基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020

相似国自然基金

1

天然产物韧革菌素衍生物的药物设计合成研究

批准号:81102348
批准年份:2011
负责人:韦堃
学科分类:H3402
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

韧革菌中杀线虫倍半萜及其构效关系研究

批准号:31560016
批准年份:2015
负责人:李国红
学科分类:C0103
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
3

中国广义韧革菌属与广义盘革菌属的分类与系统发育研究

批准号:31470144
批准年份:2014
负责人:何双辉
学科分类:C0101
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
4

杀稻瘟菌素类肽核苷关键生物合成步骤和新颖抗性机制的酶学研究

批准号:31470195
批准年份:2014
负责人:贺新义
学科分类:C0104
资助金额:85.00
项目类别:面上项目