微生物所楊克遷研究組在II型聚酮生物合成及產(chǎn)物結構分化研究中取得研究進展
聚酮化合物是一大類次級代謝產(chǎn)物，具有多樣的化學結構以及豐富的生物活性，包含許多在臨床或其他領域廣泛應用的抗生素、抗真菌劑、細胞抑制劑、抗膽堿結合劑、抗寄生蟲劑、動物生長促進劑和天然殺蟲劑等。中國科學院微生物研究所楊克遷研究組長期從事II型聚酮生物合成及其調控機制的研究。在研究中發(fā)現(xiàn)，一類具有不同骨架結構的II型聚酮化合物，均是由相同的角蒽環(huán)聚酮中間體，經(jīng)過B環(huán)氧化開環(huán)反應生成的。一類獨特的氧化酶催化了這一氧化開環(huán)反應，利用相同的底物、相似的反應條件，分別合成不同骨架結構的產(chǎn)物，因此是此類聚酮化合物結構分化的關鍵節(jié)點。
最近，楊克遷研究組對已知的氧化開環(huán)酶進行了系統(tǒng)發(fā)生分析，結果顯示這類氧化酶形成一個蛋白質家族，參與不同骨架結構產(chǎn)物的生物合成，并且不同的進化分支與不同產(chǎn)物結構相關聯(lián)。楊克遷研究組與生物物理所劉志杰研究組合作，解析了氧化開環(huán)酶AlpJ的晶體結構。結果顯示AlpJ結構可以分為N端結構域及C端結構域兩部分，這兩部分序列有較弱的相似性，并且與蒽酮加氧酶ActVA-Orf6均表現(xiàn)出較弱的序列相似性。AlpJ晶體結構與ActVA-Orf6二聚體結構可以很好的疊合，同時體積排阻色譜與靜態(tài)光散射實驗也表明AlpJ在溶液中以單體形式存在，表明AlpJ的單體是其生理活性狀態(tài)。通過結構比較與分子對接確定了可能參與底物結合與催化的關鍵殘基，并通過定點突變實驗進行驗證。AlpJ晶體結構與ActVA-Orf6二聚體結構疊合顯示AlpJ存在兩個底物結合口袋，分別位于N端與C端結構域。定點突變實驗表明，兩個底物結合口袋都參與AlpJ的催化過程，并且兩個結構域的界面也對其催化活性有重要影響。這些結果表明AlpJ的兩個底物結合口袋可能存在協(xié)同作用。這一研究有助于加深對于氧化開環(huán)酶的催化功能及結構−功能關系的認識。
該項成果于2016年11月18日在線發(fā)表于《ACS Chemical Biology》，中國科學院微生物研究所潘國輝博士、生物物理所高小芹、微生物所范可強副研究員為并列第一作者，微生物所楊克遷研究員、上海科技大學武棟副教授、生物物理所劉志杰研究員為并列通訊作者。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acschembio.6b00621
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