研讨破解过氧化氢酶介入自然产品生物分解机制

麦角生物碱类化合物最早于上世纪从真菌平分离获得，并普遍发生于多种曲霉和青霉，被誉为最主要的临床药用分子和自然毒素（图1A），在欧美市场上被普遍用来医治癌症、偏头疼、产后年夜出血和帕金森症，同意的上市药物有12种。研讨标明，麦角生物碱构造中的Ergoline四元环是该类化合物的药效团，它与神经递质的构造比拟相似，可以特异性联合人脑中的各类神经递质受体。自20世纪50年月以来，药效团Ergoline环中的C环生物分解机制不断是列国迷信家的研讨重点，在该范畴揭橥了年夜量论文，先辈迷信家的研讨证实了EasC和EasE两个卵白介入了C环的生物分解（图1B），然则详细的分子生物学与酶学机制依然没有解析清晰。烟曲霉（Aspergillus fumigatus）可以发生麦角生物碱fumigaclavine C（图2A），而且其生物分解基因簇曾经被报道。麦角生物碱化合物以色氨酸为肇端，在门路分解的第一步酶(异戊烯基转移酶DmaW)和第二步酶（甲基转移酶EasF）催化下分解1。和构巢曲霉中异源表达前四个基因（dmaW、easF、easE和easC），可以获得化合物2。然则体外从1到2是若何转化的却未见报道。中国迷信院微生物研讨所高书山课题组就这一悬而未决的迷信成绩睁开了研讨。剖析EasE是一个FAD依附的氧化酶，研讨者揣测其为下一步的催化酶，于是在构巢曲霉中共表达dmaW，easF和easE三个基因，发生了一个新化合物4（图2B）。将4豢养烟曲霉ΔdmaW菌株，则修复了3的发生，证实4是门路中的。同源卵白序列比对发明，EasC与过氧化氢酶（catalase）中的小亚基家族（SSC）高度同源，然则又具有多个分歧的保守氨基酸位点。聚类剖析发明，EasC卵白处于一个自力的分支。这些成果都标明EasC能够不只仅具有过氧化氢酶活性。此外卵白同源建模发明，该卵白含有与SSC相似的heme和NADPH联合位点。是以研讨者揣测EasC在化合物2的分解中具有主要功效。于是，研讨者将easC，dmaW，easF和easE基因配合表达于构巢曲霉中，HPLC剖析发明发生了新化合物，NMR构造判定该化合物切实其实是化合物2。接着，研讨者在年夜肠杆菌中纯化获得了可溶性的EasC卵白，EasC可以在体外分化过氧化氢，验证了其过氧化酶活性。研讨报道的过氧化氢酶和过氧化物酶均应用过氧化氢作为氧化剂，催化氧化复原反响的停止。然则研讨者应用各类生化反响手腕，包含反响系统添加或不添加过氧化氢、无氧催化、有氧催化、同位素标志（18O2和H218O）等，在体外发明EasC卵白是应用氧气作为氧化剂，而不是过氧化氢，区域和对映体选择性催化两个非活化的sp3 碳构成C-C键，并揣测了EasC的催化机制，完好地解析了临床主要药物前体四环麦角生物碱的中间碳环构成机制。本篇文章报道的过氧化氢酶EasC代表了一种全新类型的生物催化剂，它是天然界首个同时具有过氧化氢酶和单加氧酶活性的卵白（图2B）。本项目处理了该类药物研讨中半个多世纪以来悬而未决的难题，将为该类药物的工业菌株优化、代谢工程改革等研讨打下坚实根底。该研讨结果已在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）杂志在线揭橥，题为A Catalase Involved in Oxidative Cyclization of the Tetracyclic Ergoline of Fungal Ergot Alkaloids。微生物所助理研讨员姚永鹏和博士后安春艳为论文配合第一作者，微生物所研讨员高书山和加州年夜学洛杉矶分校传授K. N. Houk为配合通信作者。该任务遭到科技部重点研发筹划、中科院先导专项、天然迷信基金委面上和青年项目以及中科院青年增进会会员项目标经费支撑。（100yiyao.com）