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环番合成酶PacB催化Xye类核糖体肽翻译后修饰研究

2021-11-29韩沅均莫天录邓子新张琪丁伟

合成生物学 2021年5期

韩沅均,莫天录,邓子新,张琪,丁伟

(1 上海交通大学生命科学技术学院,微生物代谢国家重点实验室,上海 200240;2 复旦大学化学系,上海 200243)

核糖体翻译后修饰肽(ribosomally synthesized and posttranslationally modified peptides,RiPPs)存在于所有的生物界中,构成了具有结构和功能多样性的一大类天然产物家族[1-2]。随着基因组数据的不断增长,分析显示大量具有结构多样和活性潜力的RiPPs以及所涉及的生物合成酶仍未被挖掘和鉴定。在大多数RiPPs的生物合成途径中,核心肽部分氨基酸残基间的环化是一种常见的后修饰方式[3]。目前为止,常见的RiPPs的环化的种类有硫醚交联(lanthipeptide[4-6]和 sactipeptide[7-9])、二硫键 (cystine knot proteins[10])、N-to-C 环化(orbitides[11-13]和 cyclotides[14-16])、噻唑和唑杂环(cyanobactins[17-19])或取代吡啶(thiopeptides[20])。通常这些环化修饰增加了RiPPs结合亲和性和蛋白水解稳定性,导致它们产生多样化的生物活性,从而具有良好的药物发展前景。

近年来,含有环番结构的RiPPs 化合物相继被发现[21-22]。这些环番结构通常是由一个氨基酸的芳香族碳与另一个氨基酸的β-碳交联成为C-C 键或C-O 键。如 Streptide[23]、Darobactin[24]和 Triceptide-Fxs[25]。它们在细菌中的生物合成途径通常涉及S-腺苷甲硫氨酸自由基(rSAM)酶,该类酶能够裂解SAM 形成5'-脱氧腺苷(5'-dA)自由基,然后攫取底物上的一个氢原子生成底物自由基,进一步生成结构多样化的最终产物[26]。Darobactin 是Ⅰmai 等发现的一种新型作用机制的优秀的抗革兰氏阴性菌抗生素,其是典型的含有环番结构的RiPP(图1)。Xye 类核糖体肽因为其主要在Xenorhabdus、Yersinia和Erwinia三 个 属 的 菌 中 被发现而得名[22]。这类RiPPs前体肽的核心肽区域和darobactin 的核心肽均富含芳香氨基酸,但是一般Xye 基因簇中的 rSAM 酶与 darobactin 的 rSAM 修饰酶序列上差异较大[22],预示着二者修饰功能上存在一定的差异,从而导致最终的成熟天然产物的结构具有更大的多样性。……

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