上海有机所与武汉大学药学院合作阐明聚酮合酶模块中负责延伸单元识别的酰基转移酶底物的识别机制

药用天然产物特别是抗生素的发现为治疗影响人类生命的疾病做出了巨大的贡献，但在过去二十年的时间里，新发现的具有新颖结构和活性的天然产物越来越少，而且抗生素滥用所导致的细菌耐药性问题愈发严重。因此对原有天然产物分子的改造以增强其药用活性是一个重要的方向。

聚酮化合物是一类重要的药用天然产物，具有抗感染、抗寄生虫、抗肿瘤和免疫抑制等作用，其生物合成机制为通过聚酮合酶（PKS）把不同的延伸单元聚合成线性或环状的酮内酯，再进行环合和后修饰。PKS模块中的酰基转移酶（AT）负责识别不同延伸单元的功能酶，在大多数聚酮化合物合成中AT只识别小的延伸单元，如丙二酸单酰CoA或甲基丙二酸单酰CoA，因此研究者期望通过改造AT来引入含有不同基团的碳骨架侧链。目前已有一些AT改造的报道，但由于缺少关键的酶与底物复合物结构的信息，这些改造引入不同延伸单元的能力非常有限。

最近，上海有机化学研究所的周佳海（点击查看介绍）研究员与武汉大学药学院的瞿旭东（点击查看介绍）课题组合作，在前期研究的基础上，进一步解析了聚酮天然产物Splenocin生物合成途径中能够同时引入直链或芳香型延伸单元的SpnD-AT与底物复合物的晶体结构（图1），发现在活性口袋存在一种苯丙氨酸F145，该结构与底物的苯环具有π-π相互作用，证实了F145在识别芳香性底物中的重要作用。他们进一步通过对比SpnD-AT和红霉素生物合成模块中的AT结构，发现影响AT底物适用性的残基为YASH motif中的Try和Ser，与之对应在SpnD-AT上为小而灵活的氨基酸Ala。在此基础上，他们把红霉素合成途径第六个模块Ery-AT6的YASH motif中的Try和Ser突变为Ala和更小的Gly。结果发现，突变体Y278A-S280A能大大提高对3个C底物的识别，突变体Y278G-A280G能大大提高对7个C底物和芳香性底物的识别（图2），意味着对Ery-AT6的改造突破了3个C底物的限制，为接下来改造红霉素及其他聚酮引入大的碳骨架侧链打下了基础。

图1. SpnD-AT的母体及其复合物的结构

图2. Ery-AT6底物识别残基Y278和S280突变对大延伸单元底物识别性的影响

这一成果最近在线发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，周佳海与孙宇辉课题组联合培养的研究生李渊和瞿旭东课题组的研究生张婉为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委和中国科学院战略性先导科技专项（B类）等经费的大力资助。

该论文作者为：Yuan Li, Wan Zhang, Hui Zhang, Wenya Tian, Lian Wu, Shuwen Wang, Mengmeng Zheng, Jinru Zhang, Chenghai Sun, Zixin Deng, Yuhui Sun, Xudong Qu, Jiahai Zhou

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Structural Basis of a Broadly Selective Acyltransferase from the Polyketide Synthase of Splenocin

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201802805

导师介绍

周佳海

http://www.x-mol.com/university/faculty/15579

瞿旭东

http://www.x-mol.com/university/faculty/49560