生物通報道：來自中科院的消息，上海有機化學(xué)研究所生命有機化學(xué)國家重點實驗室的研究人員在之前研究的基礎(chǔ)上，2011年接連發(fā)表Nat. Chem. Biol，J. Am. Chem. Soc.等雜志文章，深度剖析了硫肽類抗生素的生物合成。
硫肽類抗生素是一類富含元素硫、結(jié)構(gòu)被高度修飾的聚肽類天然產(chǎn)物，所有的成員都具有一個以6元雜環(huán)為核心、由多個5元雜環(huán)和脫水氨基酸所組成的環(huán)肽結(jié)構(gòu)。大多數(shù)硫肽類抗生素具有良好的抗菌活性，其中部分成員對多種耐藥性的條件致病菌具有*的殺傷效果。在前期工作中，中科院上海有機化學(xué)研究所生命有機化學(xué)國家重點實驗室的研究人員揭示了硫肽生源途徑的共同特點，即以一條核糖體來源的前體肽為底物、經(jīng)過保守的翻譯后修飾而形成特征性的框架結(jié)構(gòu)，這些發(fā)現(xiàn)引起了廣泛的關(guān)注和興趣。
近期這一實驗室的研究人員又分別以代表性成員Nosiheptide（NOS）和Thiostrepton（TSR）為對象、開展了針對硫肽類抗生素結(jié)構(gòu)多樣性的個性化探索。這一研究成果公布在J. Am. Chem. Soc.雜志上。
研究發(fā)現(xiàn)，NOC和TSR都具有一個相同的C-末端酰胺結(jié)構(gòu)單元，但是在形成機制方面卻*不同。NOC的生物合成途徑中存在一個新型蛋白NosA，其功能的發(fā)揮有賴于末端*在早期的翻譯后修飾過程中脫水形成烯胺，異構(gòu)成亞胺后在水分子的進(jìn)攻下通過“內(nèi)源性”的C-N鍵斷裂形成了末端酰胺（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16324）。而在TSR的生物合成途徑中，末端酰胺的形成則是“外源性”的，即在羧酸酯酶TsrB的作用下將末端為甲酯的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為羧酸產(chǎn)物；后者在酰胺轉(zhuǎn)移酶TsrC的催化下生成TSR，其過程包括以*為底物原位生成氨，后者進(jìn)攻由ATP活化的羧基基團(tuán)而產(chǎn)生酰胺并伴隨*、AMP和PPi的釋放，這一有趣的現(xiàn)象反映了不同策略構(gòu)筑相同結(jié)構(gòu)單元的“趨同性”。
另外對于絕大多數(shù)多環(huán)的硫肽類抗生素而言，其側(cè)環(huán)的形成獨立于前體肽；然而卻均包含了來源于L-*的結(jié)構(gòu)迥異的功能單元，比如Tsr的喹哪啶酸單元和NOS的吲哚酸單元，體現(xiàn)了鮮明的“趨異性”特色。其中，吲哚酸的合成化學(xué)上需要多步復(fù)雜反應(yīng)以實現(xiàn)L-*側(cè)碳鏈的重排，包括C2-N單元的去除和羧基在吲哚環(huán)上的遷移。
在發(fā)表在Nat. Chem. Biol.雜志上的文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個S-腺苷*（SAM）依賴的新型酶蛋白NosL，以自由基介導(dǎo)的方式獨立負(fù)責(zé)了3-甲基-2-吲哚酸（MIA）的合成，這一復(fù)雜的轉(zhuǎn)化包含了不同尋常的“片段化重組”（Fragmentation-Recombination）過程。在體內(nèi)和體外研究相結(jié)合的實驗基礎(chǔ)上，研究人員對NosL蛋白及其催化的反應(yīng)進(jìn)行了包括各種譜學(xué)手段在內(nèi)的鑒定和表征，確定了相應(yīng)的底物、產(chǎn)物（包括部分副產(chǎn)物和中間產(chǎn)物）和輔助因子，分析了C2-C3鍵斷裂的模式，并推導(dǎo)了NosL的酶學(xué)機制。
來自美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的生物化學(xué)家S. J. Booker教授在同期發(fā)表的《自然—化學(xué)生物學(xué)》雜志上，對該發(fā)現(xiàn)的意義進(jìn)行了專文評述。
SAM-依賴的自由基蛋白超家族目前包含了數(shù)千個成員，參與了動物、植物和微生物體內(nèi)大量的重要生物化學(xué)過程。這些蛋白以SAM為底物、并采用共同的機制產(chǎn)生一種強氧化劑——自由基Ado?，從而起始了高度多樣性的反應(yīng)參與各種生物轉(zhuǎn)化，比如DNA的修復(fù)和維生素、輔助因子及抗生素的生物合成。但是，大多數(shù)反應(yīng)的生物化學(xué)機理至今尚不清楚，主要原因在于相關(guān)酶蛋白的功能和自由基介導(dǎo)的生物轉(zhuǎn)化沒有被闡明。3-甲基-2-吲哚酸合成酶NosL的發(fā)現(xiàn)，在理解SAM-依賴的自由基蛋白所催化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)重排反應(yīng)方面邁出了重要的一步。
此外，研究人員還對NosL的底物容忍性進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)5-或6-位氟取代的L-*類似物均能被NosL所轉(zhuǎn)化，生成相應(yīng)的氟代3-甲基-2-吲哚酸。為檢驗后者能否作為功能單元用于硫肽的合成，研究人員將5-氟-*添加至NOS產(chǎn)生菌的發(fā)酵液中，結(jié)果成功地獲得了類似物5'-fluro-NOS，其抗菌活性比母化合物高出一倍。迄今為止，硫肽類抗生素家族的天然成員已超過80個，尚未有一例含鹵素的成員被發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)為運用組合生物合成技術(shù)進(jìn)一步拓展硫肽類抗生素的結(jié)構(gòu)多樣性、發(fā)現(xiàn)更具價值的抗感染藥物提供了一些依據(jù)。
