检索结果-内蒙古大学图书馆

药物生物技术 2023年第3期30卷 250-256页

作者：吴羚锐陈璐容佳乐徐允聪严新怡吴旭日中国药科大学、生命科学与技术学院、生物化学教研室江苏南京211198

诺卡沙星是一种由诺卡氏菌Nocardia *** 202099产生的e系列硫肽类抗生素,对多种革兰氏阳性菌及其耐药株均具有超强的抗菌活性,且抗菌机制和靶点新颖。但是,结构稳定性差限制了诺卡沙星的成药开发,致使其至今未能临床应用。为克服诺卡沙... 详细信息

诺卡沙星是一种由诺卡氏菌Nocardia *** 202099产生的e系列硫肽类抗生素,对多种革兰氏阳性菌及其耐药株均具有超强的抗菌活性,且抗菌机制和靶点新颖。但是,结构稳定性差限制了诺卡沙星的成药开发,致使其至今未能临床应用。为克服诺卡沙星的稳定性难题,本研究以诺卡沙星合成的前体肽NocM为探针挖掘锁定了含多糖基模块的诺卡沙星产生菌Actinokineospora fastidiosa JCM 3276。该菌株发酵后产生了一种高分子量的诺卡沙星类似物,经鉴定其为全新结构的四糖基化诺卡沙星(NOC-FG)。与诺卡沙星相比,NOC-FG的稳定性显著提升,且体外抗菌活性相当(MIC_(50):0.0156~0.03125μg/mL),有望成为新型硫肽类抗生素开发的先导化合物。

关键词：硫肽类抗生素诺卡沙星多糖基诺卡沙星基因组挖掘生物合成稳定性

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硫肽类抗生素Sulfomycins翻译后修饰过程中特殊的酶学机制研究

硫肽类抗生素Sulfomycins翻译后修饰过程中特殊的酶学机制研究

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作者：都亚男中国科学院大学

学位级别：博士

硫肽类抗生素是一类经核糖体肽翻译后修饰的含唑肽类化合物，该家族的化合物由于具有优良的抗菌活性以及新颖的抗菌模式近几年来被人们广泛研究。几乎所有的硫肽类抗生素翻译后修饰中都含有唑杂环、脱水氨基酸以及以核心吡啶环的形成，... 详细信息

硫肽类抗生素是一类经核糖体肽翻译后修饰的含唑肽类化合物，该家族的化合物由于具有优良的抗菌活性以及新颖的抗菌模式近几年来被人们广泛研究。几乎所有的硫肽类抗生素翻译后修饰中都含有唑杂环、脱水氨基酸以及以核心吡啶环的形成，这些称为共性化修饰。不同的硫肽类抗生素之间还存在各式各样的个性化修饰，以此来形成丰富多彩的硫肽类抗生素大家族。在本文的研究工作中，我们以35元大环硫肽类抗生素sulfomycinI(SUL)作为研究对象，探究了其共性化修饰过程中唑杂环形成的酶学机制以及个性化修饰过程中自由基SAM酶催化的甲基化及羟化反应机制。　　早期人们对于硫肽类抗生素中唑杂环的形成认知主要来源于对26元和29元大环硫肽类抗生素的研究，双功能域的E1-YcaO蛋白和F伴侣蛋白组成环化脱水酶复合体催化核心肽发生环化脱水反应，随后脱氢酶催化唑啉杂环发生氧化脱氢反应形成唑杂环。结合前期研究及生物信息分析，我们发现SUL中存在六个归属于环化脱水酶或脱氢酶的后修饰蛋白SulBCDEFG，它们参与了分子中五个唑杂环的形成。我们将这六个基因以及前体肽基因在大肠杆菌中共表达成功得到了五个唑杂环形成的产物。随后我们利用这套成功的共表达体系，在不破坏后修饰蛋白结构的情况下，对后修饰蛋白进行点突变失活，成功检测到了一系列唑杂环中间体。通过对中间体的分析，我们认为SUL中唑杂环的形成可能分为两个阶段。最终我们根据体外实验以及蛋白之间相互作用的表征，厘清了SUL体系中这六个后修饰蛋白催化唑杂环形成的酶学机制，证实了SUL分子中五个唑杂环是由这六个蛋白经过两个不同的阶段以非线性的形式引入的。　　SUL分子的个性化修饰中，四位脱水苏氨酸末端甲基的甲基化及羟化修饰是由B类自由基SAM甲基转移酶SulK与未知功能蛋白SulL共同完成的。根据前期实验结果以及对SulKL的功能域分析，我们推测SulKL催化反应的时机在SUL大环化之前。我们利用化学合成的线性模拟底物sul0对SulKL进行体外测活，成功检测到了甲基化产物和羟化产物。结合同位素标记测活实验以及SUL一系列天然类似物的结构，我们推测了SulKL特殊的催化机制，对于这一类蛋白催化反应的机制给出了新的理解。　　总之，本文研究中，我们首先对SUL共性化修饰过程中的唑杂环形成逻辑进行了详细的研究，阐明了以其为代表的35元大环硫肽类抗生素中唑杂环形成的酶学机制。此外，我们还对SUL个性化修饰中甲基化及羟化反应机制进行了深入解析，为后续人们研究相关B类自由基SAM甲基转移酶提供了范例。我们对SUL翻译后修饰过程中的酶学机制进行了详细的研究，为这类化合物后期的开发应用打下了基础。

关键词：硫肽类抗生素翻译后修饰唑杂环自由基SAM甲基转移酶化学合成

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硫肽类抗生素环噻唑霉素和硫链丝菌素生物合成途径中侧环的形成机制研究

硫肽类抗生素环噻唑霉素和硫链丝菌素生物合成途径中侧环的形成机...

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作者：方慧中国科学院大学

学位级别：博士

硫肽类抗生素是核糖体肽家族中一类富含硫元素且被高度修饰的大环肽类天然产物，尤其是含有双大环结构的硫肽类抗生素具有更复杂而稳定的结构、更好的细胞膜透过性及更优良的生物活性。本文主要围绕双大环硫肽类抗生素环噻唑霉素(Cyclot... 详细信息

硫肽类抗生素是核糖体肽家族中一类富含硫元素且被高度修饰的大环肽类天然产物，尤其是含有双大环结构的硫肽类抗生素具有更复杂而稳定的结构、更好的细胞膜透过性及更优良的生物活性。本文主要围绕双大环硫肽类抗生素环噻唑霉素(CyclothiazomycinA，CLTA)和硫链丝菌素（Thiostrepton，TSR）生物合成途径中侧环的形成过程展开研究。　　首先，我们研究了CLTA分子中由特殊α硫醚环构成的侧环的形成机制。该机制与羊毛硫肽中（甲基）羊毛硫氨酸（β-硫醚）及自由基SAM酶催化的硫醚（α、β、γ-硫醚）的形成机制都有所不同，将是一种新颖的酶催化过程。我们对其产生菌发酵发现了CLTA的三个异构体CLT A1、CLT A2和CLT A3。对其生物合成基因簇进行分析，我们找到了两个可能负责α硫醚环形成的基因cltN和cltM。结合生物信息学分析，推测蛋白CltN为异构化酶，负责将核心肽第5位脱水丙氨酸的双键由烯胺异构为亚胺，而蛋白CltM可能是负责第18位半胱氨酸侧链巯基进攻亚胺的环化酶。为验证其体内功能，我们构建了基因cltN和cltM分别单敲除及双敲除的突变株，发酵结果显示这些突变株均不再产生CLTA，表明这两个基因是其生物合成中的关键基因。由于敲除突变株没有积累任何中间体或旁支产物，我们基于前体肽点突变展开了侧环的生物合成研究。我们构建了反应位点氨基酸发生点突变的8个突变株，发酵检测到相应突变株产生的化合物2-1(S5T)、2-2(C18A)、2-3(C18S)和扩环类似物2-4(C17AC18)并通过串联质谱及衍生对其结构进行了鉴定，而S5A、S5C、DC17和DC1617突变株均不再产生CLTA类似物，表明第5位脱水氨基酸及核心肽C端多个噻唑环的形成至关重要。化合物2-1(S5T)的产生表明第5位脱水丙氨酸突变为脱水丁氨酸依然可以发生环化反应，但酶催化效率受到了极大地抑制;侧环开环产物2-2(C18A)、2-3(C18S)的获取表明硫醚成环发生在核心吡啶环形成之后，而且C端羟基不能发生环化成醚;而侧环扩环产物2-4(C17AC18)的产生表明侧环的形成不依赖于这些多噻唑环，揭示了硫醚的形成很有可能作为一种保护核心肽C端的方式，从而防止被微生物自身降解。大肠杆菌异源重构实验表明对于含有不稳定的连续多个噻唑环的前体肽并不适用。CltN的体外测活实验表明合成的四肽底物可能缺少了与蛋白识别与结合的部分而不能发生异构化反应。　　其次，我们研究了TSR分子中侧环喹萘啶酸(Quinaldine acid，QA)单元的上载机制。首先，我们在体外重构了腺苷化酶TsrQ的功能，即TsrQ活化QA分子，随后将其挂载到双功能酶TsrP的C端PCP功能域(TsrP-PCP)。随后，我们通过小分子水平及多噻唑环肽类底物研究了可能负责QA单元上载的两个酶即双功能α/β水解酶TsrI和典型的谷氨酰化脱水酶TsrS的功能。我们合成了包含上载QA单元的位点及其上下游两个噻唑环的底物X7，并通过X-ray确认了分子中2-氨基和3-羟基的立体构型。通过将其喂养到TSR的野生型菌株表明其可以上载QA单元。而蛋白TsrI和TsrS的体外测活实验表明可能缺少了一些必须元件而不能催化上载。为进一步研究QA单元的上载机制及形成时间点，我们在大肠杆菌中进行了多基因异源共表达实验，发现仅在以共表达获得的多噻唑环肽类产物为底物时，TsrI可以催化上载QA单元，并在上载之前还发生了细胞色素P450酶TsrR催化的核心肽第10位异亮氨酸侧链上的双羟化反应。　　总之，在本论文的研究中，我们对双大环硫肽类抗生素侧环的生物合成过程有了进一步的理解，为更多具有良好生物活性的硫肽类抗生素的发现及生物合成途径的阐明提供了帮助。

关键词：硫肽类抗生素环噻唑霉素硫链丝菌素生物合成侧环形成

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硫肽类抗生素生物合成途径中喹啉单元的形成机制以及应用研究

硫肽类抗生素生物合成途径中喹啉单元的形成机制以及应用研究

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作者：林芝中国科学院上海有机化学研究所

学位级别：博士

天然产物生物合成途径的阐明，对仿生合成、组合生物合成、基因组挖掘以及高效催化剂的发现发展等方面都具有十分重要的指导意义。尤其是那些重要化合物单元便捷生物合成途径的解析，将有助于发展绿色高效的人工合成途径，比如广泛存在... 详细信息

天然产物生物合成途径的阐明，对仿生合成、组合生物合成、基因组挖掘以及高效催化剂的发现发展等方面都具有十分重要的指导意义。尤其是那些重要化合物单元便捷生物合成途径的解析，将有助于发展绿色高效的人工合成途径，比如广泛存在于活性天然产物中的喹啉单元。硫肽类抗生素（Thiopeptide antibiotics）是一类富含硫元素结构高度修饰的环肽类天然产物，因其复杂的结构、良好的药理活性而备受研究者们的关注。但由于该类抗生素水溶性差等因素，限制了其在临床上的应用，因此，对其生物合成途径进行解析，从而发展更适合临床药用的硫肽类抗生素类似物就越来越受研究者们的重视。其中，含喹萘啶酸（Quinaldic acid，QA）侧环的双环硫肽，在结构的复杂程度和药理活性上都高于单环硫肽，对其相关生物合成途径的解析也就更加迫切。前期研究表明双环硫肽侧环QA部分在该类抗生素药理活性的发挥和改善上都占有十分重要的地位，是由色氨酸经关键的喹啉酮中间体转化而来。该中间体的形成涉及了重要喹啉单元的扩环构筑过程，至今仍未报道。因此，本文选取了极具代表性的硫肽类抗生素——硫链丝菌素（Thiostrepton，TSR）为研究平台，对该过程展开了详细研究。首先，我们在前期工作的基础上，结合生物信息学分析推测以2-甲基-色氨酸为底物，TSR侧环喹啉单元的形成需要TsrA、TsrE和TsrD三个酶参与，然而随后的生物转化实验结果表明该过程至少也只需要TsrA和TsrE两个酶就可完成。接着，我们通过体外侧活实验确定了TsrA是一个PLP依赖的氨基转移酶，介导可逆的氨基转移反应，可将2-甲基-L-色氨酸转化成2-甲基吲哚-3-丙酮酸；而TsrE是一个全新的还原型黄素（FADH2/FMNH2）和O2依赖的氧化酶，可以高立体选择性的氧化2-甲基吲哚-3-丙酮酸C2-C3位形成（2R，3S）环氧中间体，该中间体十分不稳定，会自发经异构化、水解、缩合、脱水芳构化等过程扩环完成喹啉单元的构筑并伴有副产物的生成。副产物的生成使我们重新关注了生物体中TsrD存在的意义，通过不同温度下对TsrD进行串联测活研究，结合HR-MS/MS检测技术，确认TsrD介导了扩环过程中的水解与缩合过程，在加速扩环反应的同时减少了副产物的生成，而最后一步脱水芳构化是自发完成的。最后，通过对TsrD进行蛋白晶体解析确认其为细胞核转运因子2（Nuclear transport factor 2，NTF2_like）似超家族蛋白中的新功能酶，结合蛋白小分子对接与点突变实验确定了TsrD关键的活性位点为Asp105，并对酶学机制做出了推测。由于TsrA、TsrE和TsrD的同源蛋白也存在于其他含QA侧环的硫肽类抗生素生物合成途径中，表明TSR生物合成途径中喹啉单元的形成策略具有普适性。这也是首次详细解析了通过吲哚环N1-C1键断链构筑喹啉单元的生化反应过程，为其他含有相似构筑途径的活性天然喹啉衍生物的生物合成途径研究以及基因组挖掘提供了一定的指导意义，比如抗疟药奎宁（Quinine）等。而在解决TSR侧环喹啉单元的形成过程中，我们不仅详细了解了相关酶的催化机制，还发现这些酶具有较好的底物容忍性，因此我们对其展开了应用性研究，并取得了如下的进展：1）建立了多种喹啉衍生物合成的生物催化途径；2）建立了TSR侧环喹啉单元的高效修饰途径。另外，基于TsrE不对氧化特性，以其为催化剂，设计并合成了多种化学不对称催化途径难以获得的立体专一性的3位羟化吲哚类产物，可作为多种活性天然产物类似物的合成前体。另外，我们还发现TsrE可以催化3位无取代基的吲哚类似物形成酮基产物。这些绿色高效的生物催化途径的建立，以及产物的多样性为相关活性天然产物及其类似物的组合生物合成、化学合成和仿生催化剂的发展等都提供了有利的基础。

关键词：硫肽类抗生素喹啉单元生物合成应用研究不对称催化

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硫肽类抗生素的生物合成与分子创新

硫肽类抗生素的生物合成与分子创新

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第十三届全国抗生素学术会议

作者：刘文中国科学院上海有机化学研究所生命有机国家重点实验室

硫肽类抗生素是一类富含元素硫、结构被高度修饰的聚肽类抗生素,具有包括抗感染、抗肿瘤和免疫抑制等在内的一系列十分重要的生物活性。这类抗生素源于核糖体肽的翻译后修饰,见证了自然如何以富含Ser/Thr和Cys残基的前体肽为底物创造分... 详细信息

硫肽类抗生素是一类富含元素硫、结构被高度修饰的聚肽类抗生素,具有包括抗感染、抗肿瘤和免疫抑制等在内的一系列十分重要的生物活性。这类抗生素源于核糖体肽的翻译后修饰,见证了自然如何以富含Ser/Thr和Cys残基的前体肽为底物创造分子复杂性的过程。基于构筑所有硫肽共有的分子骨架及其个性化修饰产生家族中不同成员的生物合成知识,过去两年中我们通过硫肽的分子创新在结构多样性的扩展、抗感染作用机制的发现和新抗生素的发展等方面做出了一些有益的尝试。

关键词：硫肽类抗生素生物合成

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基于前体肽突变的硫肽类抗生素硫链丝菌素的分子改造研究

基于前体肽突变的硫肽类抗生素硫链丝菌素的分子改造研究

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作者：段盼盼中国科学院大学

学位级别：博士

硫肽类抗生素是一类富含硫元素且被高度修饰的聚噻（噁）唑肽类天然产物。该家族化合物因其复杂的结构、良好的生物活性以及新颖的抗菌作用模式而成为研究的热点。近年来，本课题组和其他课题组揭示了硫肽类抗生素共有的生物合成途径—... 详细信息

硫肽类抗生素是一类富含硫元素且被高度修饰的聚噻（噁）唑肽类天然产物。该家族化合物因其复杂的结构、良好的生物活性以及新颖的抗菌作用模式而成为研究的热点。近年来，本课题组和其他课题组揭示了硫肽类抗生素共有的生物合成途径—核糖体来源的先导肽经翻译后修饰形成成熟的分子。这一生源途径的阐明使得通过前体肽序列重排获取骨架多样化硫肽分子的策略成为可能。以该家族化合物中的母化合物—具有双环结构的硫链丝菌素(Thiostrepton，TSR)为研究对象，我们评价了其结构肽1位氨基酸的可变性、1位氨基酸改变获得的TSR类似物的生物活性以及1位氨基酸变化对后修饰能力的影响。\n 采用我们组最近发展的硫肽类抗生素工程改造的方法，我们对TSR结构肽1位的异亮氨酸进行了饱和点突变。点突变结果表明:1位异亮氨酸酸可以突变为非极性氨基酸（苯丙氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸、色氨酸、脯氨酸）并产生相应的TSR类似物。相反，当1位异亮氨酸突变成极性氨基酸中的中性氨基酸（丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、谷酰胺、天门冬酰胺）、酸性氨基酸（天门冬氨酸、谷氨酸）以及碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸、组氨酸）后，突变株不再产生硫肽分子。在此基础上，我们通过双突变（结构肽1位异亮氨酸突变成缬氨酸，结构肽2位丙氨酸突变成丝氨酸）以期实现盐屋霉素(siomycin，SIO)在TSR宿主菌中的产生。SIO作为TSR的天然类似物比TSR具有更好的药用生物活性。有意思的是，双突变突变株SL-I1A-V2S不仅产生了预期的SIO，还产生了2位丝氨酸未发生脱水的新型硫肽类抗生素OH-SIO。随后，我们通过对相应突变株发酵分离得到了TSR-I1F(1F)、TSR-I1L(1L)、TSR-I1M(1M)、TSR-I1A(1A)、SIO和OH-SIO六种TSR类似物。我们对它们进行了生理学（水溶性）和抗菌活性测试。TSR-I1M、TSR-I1A、OH-SIO的水溶性有了很大的提高，其中OH-SIO（溶解度17.09±0.85μg/mL）的水溶性相比于TSR提高了近一倍。除SIO外，其余5种TSR类似物对测试的耐药菌的抗菌活性都有了明显降低，这表明TSR结构肽1位氨基酸残基在其抗菌活性中扮演未知的重要角色。此外，我们还对引起结核病的结核杆菌（***）的模式菌株Mycobacterium marinum(***)进行了体内抗感染测试和诱导自噬能力评价。和体外抗***能力相比，这些TSR类似物的体内抗感染能力和诱导自噬能力一致。这表明诱导宿主细胞自噬是TSR及其类似物杀死胞内菌的主要抗菌作用模式。\n 在此基础上，我们进一步评估了切除先导肽的肽酶对先导肽-1位氨基酸的选择性及-3位氨基酸的识别性。随后，我们建立了界定TSR的后修饰中哪些依赖先导肽、哪些不依赖先导肽的体系SL-(7H)-1K和确定TSR中后修饰发生先后顺序的体系SL-(7H)-3K。\n 总之，我们通过对硫肽类抗生素前体肽的序列重排手段获得了骨架多样的硫肽类抗生素。由于硫肽类抗生素具有复杂的结构（化学合成极具挑战性），我们的这种手段相比于化学合成手段具有显著的优势。此外，我们的工作为硫肽类抗生素的生物合成逻辑（在前体肽上编排一系列共性化和个性化后修饰）提供了重要线索。

关键词：硫肽类抗生素硫链丝菌素生物合成前体肽序列重排抗菌活性

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硫肽类抗生素SulfomycinⅠ的生物合成机制研究

硫肽类抗生素SulfomycinⅠ的生物合成机制研究

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作者：孟祥中国科学院大学

学位级别：博士

硫肽类抗生素是一类富含硫元素，氨基酸残基被高度修饰的聚肽类化合物。良好的生物活性使该家族化合物成为研究关注的热点。生物合成机制的研究表明，硫肽类化合物的合成采用核糖体依赖的生源途径，其后修饰过程涉及的反应种类众多、机... 详细信息

硫肽类抗生素是一类富含硫元素，氨基酸残基被高度修饰的聚肽类化合物。良好的生物活性使该家族化合物成为研究关注的热点。生物合成机制的研究表明，硫肽类化合物的合成采用核糖体依赖的生源途径，其后修饰过程涉及的反应种类众多、机制新颖且作用顺序十分复杂，导致对于硫肽大环骨架形成共性研究极其困难。硫肽家族成员SulfomycinⅠ分子结构中不含侧环体系，大环骨架上的个性化修饰较少，因而是潜在的研究硫肽类抗生素生物合成共性机制的平台。　　我们首先建立了SulfomycinⅠ产生菌Streptomyces viridochromogene *** ATCC29776的发酵条件和遗传转移系统。随后，我们以黏粒pJTU2554作为载体，构建了*** ATCC29776的基因组文库。利用依据环化脱水酶保守氨基酸序列设计的简并引物进行PCR扩增，获得了SulfomycinⅠ的环化脱水酶基因片段。我们以该片段为探针，利用原位杂交的方法对基因组文库进行筛选。经PCR、酶切分析、Southern杂交及端基测序验证后，选取阳性黏粒cos-1进行了全长测序，得到约38.5 kb的DNA序列，分析鉴定了26个开放式读码框(ORF)。通过生物信息学分析、基因同框缺失和异源表达实验，证实了所获黏粒cos-1已包含了完整的SulfomycinⅠ生物合成基因簇（orf9-orf24）。　　依据生物信息学分析，我们认为orf11至orf20参与SulfomycinⅠ大环骨架生物合成。通过体内基因同框缺失及前体肽蛋白体外表达方法相结合，我们推测了大环骨架形成的路径是由orf19编码的前体肽为起始，环化脱水酶ORF11、ORF12、ORF16催化形成噻唑啉、噁唑啉及甲基噁唑啉，随后在ORF13、ORF14的作用下脱氢形成噻唑、噁唑及甲基噁唑。ORF17、ORF18负责结构肽中丝氨酸、苏氨酸发生脱水反应产生不饱和双键，而SulfomycinⅠ中的核心吡啶环是由ORF15、ORF20催化，经由脱水丝氨酸之间的[4+2]环加成反应生成。　　SulfomycinⅠ分子结构中个性化修饰包括:4位脱水苏氨酸碳末端的甲基化及羟基化、6位甘氨酸的羟甲基化及分子末端的酰胺结构。通过对基因簇中所有个性化后修饰相关基因进行敲除，我们初步确定了每个基因的功能。蛋白体外测活实验证实，P450氧化酶ORF9的功能是催化SulfomycinⅠ分子中6位甘氨酸上发生羟化反应，而SAM依赖的甲基转移酶ORF10在ORF9催化形成的羟基上引入甲基，形成6位的羟甲基化修饰。对SAM自由基甲基化蛋白ORF21和未知功能蛋白ORF22的研究中，我们发现两者在催化过程中有一定的相互作用，它们的作用位点是4位苏氨酸残基末端的碳原子。基因簇中的ORF23经体内基因同框缺失研究表明，其功能是负责SulfomycinⅠ末端酰胺化。　　综合所有个性化后修饰基因功能的研究，我们发现SulfomycinⅠ个性化后修饰过程存在着高度的交叉性。我们在体内同时进行orf9、orf21及orf23的敲除，构建了个性化后修饰全部中断的突变株，并检测到大环骨架上没有任何个性化后修饰的化合物，成功地将大环骨架形成与个性化后修饰进行了分离。获得的这一去个性化后修饰体系可成为大环骨架形成机制深入研究的平台，也为后续优化分离大环骨架，进行体外重构个性化后修饰途径打下了重要基础。　　总之，我们克隆了SulfomycinⅠ的生物合成基因簇，基于各基因的功能研究提出了SulfomycinⅠ的生物合成机制。并通过一系列的体内实验、中间体化合物分离、体外生化实验阐明了所有个性化修饰基因的功能。在此基础上，通过去个性化研究成功将大环骨架合成与个性化后修饰进行了分离，建立了一个硫肽类化合物共性机制研究的平台。

关键词：生物合成硫肽类抗生素 SulfomycinⅠ 基因簇个性化修饰

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细菌富硫环肽的特殊环系生物合成机制及基因组挖掘研究

细菌富硫环肽的特殊环系生物合成机制及基因组挖掘研究

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作者：程伯涛中国科学院大学

学位级别：博士

对核糖体肽而言，前体肽中的半胱氨酸常常作为后修饰位点，参与多种关键结构片段的构建，并组成富硫环肽类化合物家族。根据半胱氨酸如何在核糖体肽中构建环状结构，富硫环肽可以进一步分为两类:以硫肽为代表的含噻唑（啉）结构的大环... 详细信息

对核糖体肽而言，前体肽中的半胱氨酸常常作为后修饰位点，参与多种关键结构片段的构建，并组成富硫环肽类化合物家族。根据半胱氨酸如何在核糖体肽中构建环状结构，富硫环肽可以进一步分为两类:以硫肽为代表的含噻唑（啉）结构的大环核糖体肽和以羊毛硫肽为代表的半胱氨酸参与含硫大环形成的核糖体肽。本文以硫肽类抗生素Sch40832和羊毛硫肽类抗生素表皮素(Epidermin，EPI)为对象，围绕这些分子中关键环系结构的生物合成机制展开研究。同时，本文以包含烯基硫醚环(S.[(Z)-2-aminovinyl]-d-cysteine)结构的富硫环肽为对象，利用基因组挖掘工具发现新型的烯基硫醚环肽类化合物。　　硫肽通过形成氮杂六元核心环构建大环骨架。按照核心环的结构差异，可以将硫肽分为五种类型。c型硫肽Sch40832具有特殊的二氢咪唑并哌啶核心环。在本研究中，我们着眼于这一特殊结构单元，通过微生物遗传学和生物化学手段，首次完整阐明了其生物合成机制:c型硫肽二氢咪唑并哌啶环来源于b型硫肽脱氢哌啶环前体，在四个关键后修饰酶SchWXYZ的作用下通过氧化重排反应形成。我们逐一研究了四个后修饰酶的功能:还原酶SchZ结合F420H2辅因子，催化b型硫肽脱氢哌啶环还原为a型硫肽饱和哌啶环;P450酶SchY催化饱和哌啶环和相邻噻唑环的氧化重排，生成二氢咪唑并哌啶环;最后，还原酶SchW和S.甲基转移酶SchX分别催化二氢咪唑并哌啶结构中的醛基还原和巯基甲基化反应，形成成熟的c型硫肽核心环。　　羊毛硫肽则包含通过Michael加成机制形成的硫醚大环结构。EPI是含有烯基硫醚环结构的Ⅰ型羊毛硫肽，其基因簇中编码三个后修饰酶EpiBCD。这些后修饰酶共同催化形成EPI结构中的三个羊毛硫环（A～C环）、一个脱水丁氨酸和一个烯基硫醚环（D环）。我们接下来针对EPI的完整后修饰逻辑展开研究。利用大肠杆菌作为异源宿主，我们建立了前体肽及其反应产物的纯化分析流程，验证了脱水酶EpiB、环化酶EpiC和脱羧酶EpiD的催化功能，并初步建立了EPI的生物合成模型:脱羧酶EpiD首先催化前体肽EpiA羧基端的半胱氨酸氧化脱羧，形成烯基硫醇中间体;脱水酶EpiB和环化酶EpiC共同作用于烯基硫醇中间体，产生完全脱水但不完全环化的中间体。以脱水九肽作为底物测试环化酶活性时，证实环化酶EpiC可以控制D环位置的羊毛硫环成环。　　最后，我们利用基因组挖掘工具，发现了一类新型的烯基硫醚环肽。基因组挖掘可以定向理性地寻找新型天然产物，在核糖体肽发掘研究中得到广泛应用。我们从关键的LanD脱羧酶出发，尝试发现新型的包含烯基硫醚环结构的富硫环肽。LanD脱羧酶属于IPR003382黄素蛋白家族，我们构建了该家族超过30000条单结构域蛋白的序列相似性网络，进行了详细的蛋白功能分析和基因簇注释。从序列相似性网络中，我们寻找到新型的烯基硫醚环肽基因簇，簇内同时编码自由基酶和脱羧酶。通过对新型基因簇的深度挖掘，我们发现这类基因簇分布广泛、基因组成多样，导向结构复杂的新型烯基硫醚环肽化合物家族。结合基因簇异源表达、产物分离和结构鉴定，我们证实基因簇内的自由基酶和脱羧酶共同催化烯基硫醚环形成:脱羧酶催化前体肽羧基端的半胱氨酸氧化脱羧，而后在自由基酶的催化下与天冬酰胺的Cβ偶联，形成13元环。不同于已知的Michael加成机制，这类环肽通过自由基机制构建烯基硫醚环结构。　　本论文工作集中于富硫环肽类核糖体肽，从生物合成机制到新型化合物基因组挖掘等多个方面展开了研究。通过对硫肽Sch40832和羊毛硫肽EPI的特殊环系生物合成机制的相关研究，本文展示了对核糖体肽不同生物合成阶段后修饰的研究策略，解析了富硫环肽的多样后修饰过程，为未来的药物改造和新型药物发现提供了理论基础;基于对富硫环肽生物合成机制的理解，本文进一步延伸到基因组挖掘研究领域，扩展了烯基硫醚环肽类化合物类群，解析了一类新的烯基硫醚环形成机制，为未来富硫环肽的基因组挖掘工作奠定了基础。

关键词：富硫环肽硫肽类抗生素羊毛硫肽类抗生素表皮素烯基硫醚环生物合成

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硫肽类抗生素硫链丝菌素衍生物的突变生物合成研究

硫肽类抗生素硫链丝菌素衍生物的突变生物合成研究

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中国化学会第八届有机化学学术会议暨首届重庆有机化学国际研讨会

作者：王守锋刘文中国科学院上海有机化学研究所

硫肽类抗生素是一类来源于微生物,富含元素硫,结构被高度修饰的聚肽类天然产物,这一庞大的"家族"至今已发现了超过100个以上的成员[1].硫肽类抗生素具有良好的抗菌活性,研究表明它们是通过阻碍革兰氏阳性菌体内的蛋白合成达... 详细信息

硫肽类抗生素是一类来源于微生物,富含元素硫,结构被高度修饰的聚肽类天然产物,这一庞大的"家族"至今已发现了超过100个以上的成员[1].硫肽类抗生素具有良好的抗菌活性,研究表明它们是通过阻碍革兰氏阳性菌体内的蛋白合成达到抗菌的目的.除了良好的抗菌活性外,研究也报道了硫肽类抗生素可以通过阻碍疟原虫的翻译系统以应对疟疾感染[2].抗癌活性也是硫肽类抗生素被广泛关注的特点之一,近年来的研究发现硫链丝菌素和盐屋霉素A对癌细胞系的致癌转录因子(Forkhead Box M1)的表达具有减量调节作用[3].我们课题组在2009年首次报道了硫肽类抗生素硫链丝菌素的生物合成基因簇.通过最为典型的硫链丝菌素及其类似物盐屋霉素A的比较研究,发现硫肽类抗生素起源于一条核糖体编码的前体肽,经过包括环化脱水/脱氢形成噻唑/咪唑环、脱水形成脱水氨基酸以及[4+2]环合反应等后修饰步骤构建了这一家族化合物所共有的特征性结构[4].在此基础上,我们开展了硫肽类抗生素硫链丝菌素衍生物的突变生物合成研究.通过将侧链喹那啶酸的类似物与突变株共同发酵,我们获得了若干硫链丝菌素衍生物.生物活性测试表明,所获得的衍生物在抗菌活性方面有明显的提高.

关键词：硫肽类抗生素硫链丝菌素突变生物合成抗菌活性

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诺卡沙星及其结构类似物的研究进展

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化学与生物工程 2020年第4期37卷 6-10页

作者：董志珅倪孟祥中国药科大学生命科学与技术学院江苏南京210000

诺卡沙星及其结构类似物是一类结构特征明显的天然次级代谢产物,对革兰氏阳性菌具有很强的杀灭作用,其独具一格的抗菌机制受到研究者的广泛关注。诺卡沙星大多本身成药性不好,但是其非天然的结构类似物在成药性方面得到改善。诺卡沙星... 详细信息

诺卡沙星及其结构类似物是一类结构特征明显的天然次级代谢产物,对革兰氏阳性菌具有很强的杀灭作用,其独具一格的抗菌机制受到研究者的广泛关注。诺卡沙星大多本身成药性不好,但是其非天然的结构类似物在成药性方面得到改善。诺卡沙星的生产方式已不局限于生物发酵,化学合成技术也有望用于改造和生产的中间环节。综述了诺卡沙星及其结构类似物的生物合成机制、生产策略、抗菌机制,指出了诺卡沙星及其结构类似物在应用方面存在的问题,为其在医药及养殖行业的广泛应用提供了有效策略。

关键词：诺卡沙星噻唑霉素结构类似物硫肽类抗生素

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