北京理工大學于洋課題組通過利用工程化細胞色素P450突變體P411-PFA，實現(xiàn)了單萜化合物非天然三氟甲基化環(huán)丙烷衍生物的合成，并將這種非天然環(huán)丙烷化反應與重組的L-香芹醇合成酶在大腸桿菌中整合，實現(xiàn)了從前體物到三氟甲基化L-香芹醇衍生物的一鍋法生物合成。
細胞色素P450酶是一種具有廣泛生物催化作用的蛋白質，能夠促進各種非天然反應。通過將非天然轉化與微生物生物合成途徑相結合，可以實現(xiàn)天然產物衍生物的可持續(xù)酶促生產。在藥物研究中，三氟甲基化修飾由于其對藥物活性、生物利用度和代謝穩(wěn)定性的正向影響，被視為一種可取的修飾方式。工程酶生物催化是安裝三氟甲基到天然化合物支架上的有效策略。含血紅素的酶，如肌紅蛋白和細胞色素P450突變體P411-PFA，已被證明可以催化三氟甲基卡賓從三氟甲基重氮甲烷（CF3CHN2）轉移到含烯烴的底物，但與卡賓轉移酶兼容的底物范圍仍然有限。
為了擴大底物范圍，本研究利用工程細胞色素P450變體P411-PFA從12種天然單萜化合物中篩選出可以與重氮乙酸乙酯發(fā)生卡賓轉移反應的6種底物，隨后將重氮供體替換為三氟甲基重氮供體CF3CHN2，這6種底物被進一步篩選是否具有三氟甲基環(huán)丙化反應活性。最終，P411-PFA成功催化三氟甲基卡賓從CF3CHN2轉移到L-香芹醇、香芹酮、紫蘇醇和紫蘇葶等4種單萜的末端烯烴上，生成相應的三氟甲基化環(huán)丙烷產物。（圖1）。
圖1 單萜在CF3CHN2卡賓供體存在下生成三氟甲基環(huán)丙烷化衍生物。 此外，生物催化卡賓轉移的一個關鍵優(yōu)勢是可以將這些非天然反應整合到天然的生物合成途徑中，以進行體內合成。通過共表達酶CYP71D18和ATR2，論文研究者在大腸桿菌中實現(xiàn)了由檸檬烯前體合成L-香芹醇。通過將L-香芹醇生產與P411-PFA催化的三氟甲基環(huán)丙烷化結合，所得到的菌株使三氟甲基化L-香芹醇衍生物能夠一鍋法生物合成（圖2）。 圖2 在微生物細胞中實現(xiàn)卡賓轉移反應的生物合成示意圖。 本研究證實了將合成酶化學與天然生物合成途徑相結合，可構建可持續(xù)生產有價值氟化萜類化合物的平臺。隨著檸檬烯等單萜的生物合成途徑在宿主中繼續(xù)被設計，本文提出的方法可以為進一步擴展從廉價原料中生產有價值的三氟甲基化萜類衍生物提供基礎。此外，結合不同重氮卡賓前體的微生物合成路線的設計，最終可能實現(xiàn)廣泛的非天然環(huán)丙烷化化合物的完全生物制造。 論文信息 Synthesis of Trifluoromethylated Monoterpenes by an Engineered Cytochrome P450 Feiyan Yuan, Jing Ding, Yiyang Sun, Jianhua Liang, Yunzi Luo, Yang Yu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202302936
