聚酮、聚肽及其雜合型天然產物是重要的藥物來源，它們大多以聚酮合成酶(PKS)、非核糖體肽合成酶(NRPS)及其雜合裝配線合成。通過對裝配線底物起始單元或延伸單元的結構改變和優(yōu)化，能夠創(chuàng)造新結構、新活性的人工天然產物，為新藥開發(fā)提供分子基礎。因此，揭示裝配線相關底物的生物合成邏輯，并探究關鍵酶作為生物催化工具的可能性具有重要的意義。
薩菲菌素是由淡黃色鏈霉菌產生的聚酮-聚肽雜合型天然產物，其結構復雜，包含一個22元大環(huán)內脂和一個罕見的、手性中心密集的[5,5]螺內酰胺結構。薩菲菌素具有優(yōu)異的免疫抑制活性，同時還具有抗病毒感染、抗心力衰竭等生物活性，具有良好的成藥前景。2011年，上海有機所劉文團隊確定了薩菲菌素的生物合成基因簇，并揭示其由巨型的PKS-NRPS雜合裝配線合成(Mol. Biosyst. 2011, 7, 852)。近期，劉文團隊通過詳盡的體內外實驗，進一步揭示了薩菲菌素裝配線底物特殊起始單元新穎的形成和上載機制，該過程包含兩步游離載體蛋白相關的酰胺化修飾和?；D移反應，并首次發(fā)現(xiàn)了III型酮基合成酶（KAS-III）能催化起始單元的上載。
首先，通過生物信息學分析和基因敲除確定了天冬酰胺合成酶SfaP參與起始單元的酰胺化過程。但是，體外生化試驗表明SfaP不能直接催化CoA底物的酰胺化，還需要游離載體蛋白SfaO才能完成酰胺化過程。具體而言，乙基丙二酰-CoA底物，首先需要轉移到載體蛋白SfaO上；SfaP再通過ATP對其α-羧基進行活化形成AMP-偶聯(lián)體，NH3再通過親核取代與AMP交換，形成酰胺鍵。通過生物信息學分析和體外驗證，發(fā)現(xiàn)載體蛋白依賴的酰胺化過程在自然界中廣泛存在。此外，還對SfaP的底物譜進行了考察，發(fā)現(xiàn)其具有一定的底物寬泛性，對SfaO掛載的不同取代的丙二酰底物以及β-和γ-羧基底物都能識別。接下來，通過體外生化試驗表明，KAS-III 同源蛋白SfaN催化可逆的?；D移反應，完成起始單元2-乙基丙二酰胺從SfaO到ACPL的轉移，實現(xiàn)起始單元的上載。SfaN具有較好的底物寬泛性，能夠催化多種?；孜飶腟faO轉移到ACPL轉移，但是幾乎不能識別α-羧基底物，對酰胺化過程表現(xiàn)出一定的門控作用。對SfaN的同源蛋白進行分析，發(fā)現(xiàn)多個基因簇中KAS-III 同源蛋白與游離的載體蛋白共同存在，表明其他體系中也可能采用相似策略，以KAS-III同源蛋白催化特殊裝配線底物的上載。 通過對免疫抑制劑薩菲菌素特殊起始單元形成和上載機制的系統(tǒng)研究，作者證實了載體蛋白依賴的酰胺化過程以及KAS-III蛋白催化的起始單元上載過程，并建立了酰胺化酶和?；D移酶的底物譜，為利用合成生物學創(chuàng)制薩菲菌素類似物提供了理論基礎。 論文信息 Formation and Loading of a (2S)-2-Ethylmalonamyl Starter Unit in the Assembly Line of Polyketide-Nonribosomal Peptide Hybrid Sanglifehrin A Dr. Zhijun Tang, Dr. Bo Pang, Dr. Chang Liu, Shengjie Guo, Dr. Xudong Qu, Prof. Wen Liu 上海有機所劉文研究員為該文章通訊作者，湯志軍博士、龐博博士和劉暢博士為本文的共同第一作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202217090
