中科院微生物所尹文兵课题组揭开Tyrosine-decahydrofluorene 类PKS-NRPS化合物中[6.5.6]三碳环及环芳醚形成的奥秘

时间:2022/01/20

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  植物内生真菌是多种活性聚酮-非核糖体肽(PKS-NRPS)杂合型次级代谢产物的重要来源。Tyrosine-decahydrofluorene类结构由[6.5.6]稠合的三碳环与13元对环芳醚形成,是目前发现较少且结构复杂的一类PKS-NRPS杂合型化合物。该类化合物具有显著的抗肿瘤、抗菌、抗结核等药理作用,药用开发潜力较大,其独特的多环PKS-NRPS代谢物生物合成机制更引起了广泛关注。

  中国科学院微生物研究所尹文兵研究员与中国中医科学院中药研究所陈士林研究员、孙奕研究员的合作科研团队,近期从药用植物木榄的内生真菌Xenoacremonium sinensis ML-31的发酵产物中,分离鉴定了3个结构新颖的tyrosine-decahydrofluorene类化合物xenoacremones A-C(1-3),并通过对目的基因在野生菌株中敲除以及构巢曲霉中异源表达相结合的策略,首次鉴定了该类化合物中三碳环形成的含有环己烷结构的关键中间体,阐明了其生物合成途径。研究人员首先建立野生菌株(X. sinensis ML-31)的遗传表达体系和敲除片段的同源重组,对预测的目的基因进行敲除,采用LC-MS对突变株的分析后,确认了负责xenoacremones生物合成的PKS-NRPS基因簇(xen)。将目的基因在构巢曲霉中异源表达,解决了中间代谢产物结构复杂不稳定的难题,鉴定了与合成路径相关的3个关键中间体5−7,并推测出参与结构中[6.5.6]-三碳环和大环醚键骨架形成的3个修饰酶基因的功能。在其生物合成途径中,xen基因簇中的PKS-NRPS杂合酶XenE与烯基还原酶XenG协同作用形成酪氨酸-非酮骨架4;随后通过α/β水解酶(XenA)的作用,形成含有吡咯烷酮结构的中间体5;该中间体在环化酶XenF作用下,通过sigma重排反应,形成了一个重要的含有环己烷结构的中间体6,证明了该中间体在xenoacremones多环系统形成中的作用。在氧化酶XenD的作用下,形成氧化产物7;随后XenC作用下,7形成不稳定的对环环醚结构,该结构随后进行了自发的Diels-Alder反应,得到最终产物。本研究发现了关于tyrosine-decahydrofluorenes类化合物生物合成机理的相关信息,拓展了对[6.5.6]-三碳环体系的生物合成思路,从而为自然界中酶介导的多级联环化反应,提供了新的认识。

  中国中医科学院中药研究所博士后刘志国和中国科学院微生物研究所副研究员李伟为该文的并列第一作者。尹文兵研究员、陈士林研究员和孙奕研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国中医科学院自选课题等项目的资助,该工作还得到了德国马尔堡大学李书明教授的参与和支持。


专家述评:

文章著录格式:

Tricarbocyclic core formation of tyrosine-decahydrofluorenes implies a three-enzyme cascade with XenF-mediated sigmatropic rearrangement as a prerequisite

Acta Pharm Sin B 2021;

Zhiguo Liua,†, Wei Lib,c,†, Peng Zhangb, Jie Fanb, Fangbo Zhanga, Caixia Wanga, Shuming Lid, Yi Suna,*, Shilin Chena,*, Wenbing Yinb,c*


作者简介:

尹文兵,中国科学院微生物研究所,真菌学国家重点实验室,研究员,博导,中科院“百人计划”入选者。主要从事真菌次级代谢产物激活、生物合成及调控机制研究,针对真菌中大量“沉默”活性化合物的宝藏,从基因角度利用全局调控因子、表观遗传调控及异源表达等多种激活策略来开展研究,挖掘并鉴定重要活性化合物,发现新的药物先导化合物。近些年在Nature Chem. Biol.、J Am Chem Soc、Chem. Sci、Org Lett、PloS Pathog、J Biol Chem、Mol Microbiol等国际重要SCI刊物发表文章70余篇。作为课题负责人主持国家重点研发计划专项子课题、国家自然基金面上和国际合作项目、北京市自然基金和公司企业横向合作等多项项目,担任中国菌物学会理事,中国菌物学会药用真菌专业委员会主任委员,担任国际期刊Fungal Genetics and Biology和Mycology的副主编,Frontiers in Microbiology的编委,《菌物研究》编委。

孙奕,中国中医科学院中药研究所,整合中药学中心,研究员。主要从事中药/药用植物来源的内生微生物中生物活性次级代谢产物的基础研究,运用次级代谢组学等多组学方法发现并优化植物内生真菌与放线菌来源的抗肿瘤、抗炎、抗病毒等活性天然先导化合物。此外,还从事内源性有毒中药成分分析等方面的研究。近年来,在Org Lett、J Nat Prod、Bioorg Chem、RSC adv等期刊上发表文章50余篇,英文论著1篇,参编中文论著2部。

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