給大家推薦一篇發(fā)表在ACS Chemical Biology上的文章，題目為“Refactoring and Heterologous Expression of Class III Lanthipeptide Biosynthetic Gene Clusters Lead to the Discovery of N,N-Dimethylated Lantibiotics from Firmicutes”，文章的通訊作者是南卡羅來納大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系的李杰助理教授，他的研究方向主要是微生物基因組挖掘和代謝組學(xué)的藥物發(fā)現(xiàn)。
羊毛硫肽（lanthipeptide）是由核糖體合成和翻譯后修飾肽的最大亞家族，具有特征性的硫醚鍵和環(huán)肽結(jié)構(gòu)。由于羊毛硫肽普遍存在抑菌活性，所以也被稱為羊毛硫菌素（lantibiotics，一種抗生素）。它們根據(jù)其合成機(jī)制分為五種類型，本文中所提到的III類羊毛硫肽生物合成基因簇（BGC）廣泛分布在細(xì)菌門中，厚壁菌中的含量排在第二。于是，本文作者在厚壁菌中重構(gòu)和異源表達(dá)了羊毛硫肽，發(fā)現(xiàn)所得到的羊毛硫肽中具有少見的N，N-二甲基化修飾，并證明了這個(gè)修飾對(duì)于抑菌活性的提升有著重要的作用，也在最后提出了設(shè)計(jì)N，N-二甲基化修飾的羊毛硫肽的方法。
作者首先嘗試了直接培養(yǎng)含有III類羊毛硫肽BGC的厚壁菌，但并沒有檢測(cè)到羊毛硫肽產(chǎn)生。于是，他們更換了表達(dá)策略，通過多拷貝質(zhì)粒提高表達(dá)水平，通過將基因整合到宿主基因組以提高表達(dá)穩(wěn)定性，從而在強(qiáng)IPTG誘導(dǎo)下重構(gòu)和異源過表達(dá)羊毛硫肽。
之后作者對(duì)異源表達(dá)菌株的提取物進(jìn)行了LC-MS分析，其核質(zhì)比與預(yù)測(cè)值的差異暗示了其可能被二甲基化，于是他們采用了NMR、高分辨率串聯(lián)質(zhì)譜等手段對(duì)結(jié)構(gòu)繼續(xù)進(jìn)行分析，證明了其N端確實(shí)存在二甲基化的修飾。
在序列分析和突變實(shí)驗(yàn)中，他們證明了核心肽N端的兩個(gè)氨基酸對(duì)于二甲基化修飾發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，其中第一個(gè)氨基酸小脂肪族側(cè)鏈的中性氨基酸，第二則為保守的為Thr或Ser。按照這個(gè)規(guī)律，作者成功實(shí)現(xiàn)了非二甲基化修飾向有二甲基化修飾的羊毛硫肽的轉(zhuǎn)變。
N，N-二甲基化修飾通常與生物活性的增加有關(guān)，像環(huán)霉素等抗生素在失去二甲基化修飾后抑菌活性都有著明顯的降低，而羊毛硫肽也是如此，其背后的機(jī)制是N，N-二甲基化可以防止蛋白水解降解并增加膜滲透，從而顯著提高蛋白的穩(wěn)定性和藥理學(xué)性質(zhì)。總之，本篇文章通過在厚壁菌中重構(gòu)和異源表達(dá)了羊毛硫肽，發(fā)現(xiàn)了其N端上的二甲基化修飾，并證明了前兩個(gè)氨基酸對(duì)于該修飾的重要性，以及二甲基化修飾對(duì)于其抑菌活性有著顯著的提升作用。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.2c00849
文章引用：https://doi.org/10.1021/acschembio.2c00849
