細(xì)胞松弛素雜聚體（meroaspochalasins，mAPOs）是絲狀真菌黃柄曲霉產(chǎn)生的標(biāo)志性代謝產(chǎn)物，因其迷人的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及抗腫瘤藥物開發(fā)潛力，在天然產(chǎn)物和合成化學(xué)界引起了極大的興趣。雖然細(xì)胞松弛素骨架生物合成的核心基因和部分修飾基因已經(jīng)成功得到表征，但這些單體在微生物體內(nèi)如何組裝形成mAPOs仍然是個(gè)謎團(tuán)。此外，野生黃柄曲霉中mAPOs的含量低且產(chǎn)率不穩(wěn)定，而化學(xué)合成的方法步驟繁多，這嚴(yán)重限制了它們的進(jìn)一步研究和開發(fā)。 近日，華中科技大學(xué)藥學(xué)院張勇慧教授團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用生物信息和靶向代謝分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了負(fù)責(zé)mAPOs合成的兩條基因簇。隨后，通過基因敲除、體外酶反應(yīng)、蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測和氨基酸定點(diǎn)突變，以及18O同位素標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)，闡明了聚合反應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵中間體aspochalasin B（7）和聚酮雙烯體前體化合物21（或26），以及終產(chǎn)物mAPOs的生物合成機(jī)制。
在本項(xiàng)研究中，作者在黃柄曲霉中鑒定了兩條次生代謝產(chǎn)物生物合成基因簇，flas和epi，它們分別負(fù)責(zé)mAPOs中的兩個(gè)亞單元，親雙烯體7和雙烯體前體異苯駢半縮醛（21或26）的生物合成。其中，flas簇內(nèi)的BBE-like氧化酶FlasF催化多種細(xì)胞松弛素的C18位羥基的氧化，生成相應(yīng)的C18羰基細(xì)胞松弛素單體，其中就包括雜聚反應(yīng)過程中關(guān)鍵的中間體7。此外，F(xiàn)lasF還可與短鏈脫氫酶/還原酶（SDR）FlasG，以及內(nèi)源NADPH交互作用，進(jìn)一步增加細(xì)胞松弛素單體合成代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。 在另一條基因簇epi中，細(xì)胞色素P450酶EpiC和SDR酶EpiD協(xié)同催化雙烯體前體21（或26）的形成，隨后它們自發(fā)脫水得到雙烯體51（或52），在這一過程中，EpiD起著關(guān)鍵的“救援者”作用，防止聚酮C8位羥基的過度氧化和副產(chǎn)物內(nèi)酯衍生物的形成。這一還原步驟確保了生物合成途徑的適當(dāng)調(diào)節(jié)，突出了EpiD作為控制雙烯體形成過程中氧化和還原微妙平衡的重要作用。 親雙烯體7與雙烯體51（或52）之間，通過級聯(lián)的非酶促[4π + 2π] Diels-Alder反應(yīng)和[5π + 2π]環(huán)加成，逐步產(chǎn)生mAPOs二聚體和三聚體。而epi簇中的黃素依賴氧化酶EpiG催化雙烯體C3位的羥基化，這是形成mAPOs三聚體的關(guān)鍵步驟。 對細(xì)胞松弛素雜聚體形成機(jī)制的解析，可為將來運(yùn)用組合生物合成策略合成更多非天然的細(xì)胞松弛素雜聚體奠定基礎(chǔ)。 論文信息 Cooperative Redox Reactions Encoded by Two Gene Clusters Enable Intermolecular Cycloaddition Cascade for the Formation of Meroaspochalasins Pengkun Li, Jie Meng, Xiaotian Zhang, Xiaopeng Zhang, Yonghao Ye, Yunpeng Zhao, Xuenian Huang, Ziou Zha, Zhenhua Guan, Suitian Lai, Zhe Chen, Zengwei Luo, Jianping Wang, Chunmei Chen, Junjun Liu, Lianghu Gu, Yuhui Sun, Shuming Li, Hucheng Zhu, Ying Ye, Yuan Zhou, Yonghui Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502766
