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化學與化學生物學系的李杰助理教授，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)肽結構。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）。它們根據其合成機制分為五種類型，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和異源表達了羊毛硫肽，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，并證明了這個修飾對于抑菌活性的提升有著重要的作用，也在最后提出了設計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，但并沒有檢測到羊毛硫肽產生。于是，他們更換了表達策略，通過多拷貝質粒提高表達水平，通過將基因整合到宿主基因組以提高表達穩(wěn)定性，從而在強IPTG誘導下重構和異源過表達羊毛硫肽。
之后作者對異源表達菌株的提取物進行了LC-MS分析，其核質比與預測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)質譜等手段對結構繼續(xù)進行分析，證明了其N端確實存在二甲基化的修飾。
在序列分析和突變實驗中，他們證明了核心肽N端的兩個氨基酸對于二甲基化修飾發(fā)揮著關鍵的作用，其中第一個氨基酸小脂肪族側鏈的中性氨基酸，第二則為保守的為Thr或Ser。按照這個規(guī)律，作者成功實現(xiàn)了非二甲基化修飾向有二甲基化修飾的羊毛硫肽的轉變。
N，N-二甲基化修飾通常與生物活性的增加有關，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)定性和藥理學性質。總之，本篇文章通過在厚壁菌中重構和異源表達了羊毛硫肽，發(fā)現(xiàn)了其N端上的二甲基化修飾，并證明了前兩個氨基酸對于該修飾的重要性，以及二甲基化修飾對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
