來自中國醫(yī)學(xué)*藥物研究所，中科院生物物理研究所的研究人員從一株海洋紅樹林來源的土曲霉的基因組中發(fā)掘到一個(gè)新穎的aPTase基因AtaPT。并通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)闡明了AtaPT具有顯著雜泛性的分子機(jī)制，研究指出AtaPT在藥用活性化合物生物合成與天然藥物合成生物學(xué)方面的巨大應(yīng)用前景。
這一研究成果在線公布于12月19日的Nature Chemical Biology雜志上，文章的通訊作者分別是中國醫(yī)學(xué)*藥物研究所戴均貴教授，以及生物物理研究所孫飛研究員。戴均貴教授曾入選2006年度“*新世紀(jì)人才支持計(jì)劃”，被聘為協(xié)和學(xué)者特聘教授，協(xié)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人等，主要研究方向?yàn)樘烊凰幬锷锖铣?開展藥用植物與微生物活性天然產(chǎn)物生物合成研究等。
傳統(tǒng)上，酶被認(rèn)為具有嚴(yán)格的底物及反應(yīng)特異性，然而究發(fā)現(xiàn)許多酶卻能催化不同于其“天然”的底物或反應(yīng)，即雜泛性。酶的雜泛性越來越受到科學(xué)界的關(guān)注，但其分子機(jī)制尚未*闡明。
在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)源于微生物、具顯著底物及反應(yīng)雜泛性的新穎芳香類化合物異戊烯基轉(zhuǎn)移酶（aromatic prenyltransferase，aPTase）AtaPT，他們是從一株海洋紅樹林來源的土曲霉（Aspergillus terreus）的基因組中發(fā)掘到的AtaPT。研究發(fā)現(xiàn)，重組AtaPT不僅能接受不同鏈長（C5、C10、C15、C20）的異戊烯基供體，而且還能催化包括木脂素、*環(huán)二肽、喹啉生物堿、氧雜蒽酮、二苯甲酮、黃酮、香豆素等多種結(jié)構(gòu)類型芳香類化合物進(jìn)行異戊烯基化反應(yīng)，包括單個(gè)以及多位點(diǎn)的O-、C-異戊烯基化反應(yīng)等多種取代形式，顯示了的底物與反應(yīng)雜泛性。
研究人員還進(jìn)一步通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)闡明了AtaPT具有顯著雜泛性的分子機(jī)制：
1）AtaPT三維立體結(jié)構(gòu)中擁有一個(gè)明顯大于已報(bào)道的其他異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的疏水性受體底物結(jié)合腔；
2）AtaPT底物結(jié)合腔中存在多個(gè)不同的底物結(jié)合位點(diǎn)；
3）AtaPT具有多種構(gòu)象，以適合不同結(jié)構(gòu)底物的結(jié)合。
研究進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向下，通過理性設(shè)計(jì)并結(jié)合基因定點(diǎn)突變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從反應(yīng)“雜泛性”到“選擇性”的人工操控。這一研究對開發(fā)用于藥用活性化合物生物合成以及合成生物學(xué)研究中引入異戊烯基的工具酶，進(jìn)而為新藥研發(fā)提供類型豐富的創(chuàng)新先導(dǎo)化合物具有重要意義。
異戊烯基取代的天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類型多樣，并具多種藥理活性，是創(chuàng)新藥物的重要來源。天然產(chǎn)物分子中異戊烯基的引入不僅極大豐富了結(jié)構(gòu)多樣性，而且因親脂性的增加而增強(qiáng)了與藥物靶點(diǎn)的親和力及生物利用度，從而提高了成藥性。由于天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，通過化學(xué)法進(jìn)行異戊烯基化困難，利用雜泛性異戊烯基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行異戊烯基化則為此提供了新的策略。
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