近日，中國海洋大學醫(yī)藥學院、海洋藥物教育部重點實驗室李德海教授團隊在國際頂尖期刊Advanced Science發(fā)表題為“Exploring the Diverse Landscape of Fungal Cytochrome P450-Catalyzed Regio- and Stereoselective Dimerization of Diketopiperazines”（真菌細胞色素P450區(qū)域和立體選擇性催化二酮哌嗪多樣化二聚的全面探索研究）的最新研究進展。
圖1. 二聚化方式構(gòu)成了di-DKPs化學多樣性的基礎
二聚吲哚二酮哌嗪（dimeric indole-containing diketopiperazine，di-DKP）由兩分子二酮哌嗪（diketopiperazine，DKP）單體通過C-C或者C-N鍵偶聯(lián)形成，是廣泛存在于細菌和真菌中的生物堿。在di-DKP生物合成過程中，存在多種區(qū)域及立體選擇性的二聚化模式（圖1），極大豐富了di-DKPs的結(jié)構(gòu)多樣性。研究人員首先以報道的真菌DKP二聚化酶為靶點，通過blast及SSN分析構(gòu)建了真菌P450的序列相似性網(wǎng)絡，揭示了一類可能專一負責二聚化反應的P450酶。圍繞假定的DKP二聚化P450酶開展進化樹分析，結(jié)果顯示該類P450分為三支，負責催化不同二聚化模式的生成。通過基因挖掘鑒定了5個區(qū)域及立體選擇性不同的P450二聚化酶；并首次報道了催化含D型氨基酸DKP為天然底物的P450酶（AcrP450和AtuP450）；同時分離鑒定了5個新的di-DKP生物堿（3a, 4a, 8a, 9a, 11d)和2個之前是細菌 (11b, 11c)途徑來源的產(chǎn)物。
圖2. 利用組合生物合成拓展di-DKP的結(jié)構(gòu)多樣性
為進一步拓展di-DKP的結(jié)構(gòu)多樣性，利用組合生物合成構(gòu)建了五個基因簇的非天然表達途徑，分離到了9個與天然途徑不同的二聚體，其中有5個為新化合物（4b, 7b, 8b, 9b, 15c）（圖2）；同時揭示了P450催化DKP二聚化受到底物影響的模式。綜上所述，本研究揭示了多變的P450是真菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)多樣的di-DKPs的基礎，并加深了我們對于P450酶催化反應的區(qū)域及立體選擇性的理解，為進一步改造及應用提供了新的方案。
李德海教授（二排右一）與師生合影
中國海洋大學為第一通訊單位，李德海教授為通訊作者，醫(yī)藥學院畢業(yè)博士研究生馬傳騰與博士后王文雪為并列第一作者，張開金、張發(fā)雷、常一民、孫春曉以及車茜副教授、朱天驕教授、張國建教授為文章共同作者。該工作得到國家自然科學基金、青島海洋科技中心科技創(chuàng)新項目、三亞崖州灣科技城海南省聯(lián)合項目、山東省泰山學者青年專家項目和山東省自然科學基金重大基礎研究項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202310018
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