生物通報道：來自中科院的消息，上海有機化學研究所生命有機化學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研究所生命有機化學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)揮有賴于末端絲氨酸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，其過程包括以谷氨酰胺為底物原位生成氨，后者進攻由ATP活化的羧基基團而產(chǎn)生酰胺并伴隨谷氨酸、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-色氨酸的結(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，吲哚酸的合成化學上需要多步復雜反應(yīng)以實現(xiàn)L-色氨酸側(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-腺苷甲硫氨酸（SAM）依賴的新型酶蛋白NosL，以自由基介導的方式獨立負責了3-甲基-2-吲哚酸（MIA）的合成，這一復雜的轉(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)進行了包括各種譜學手段在內(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，并推導了NosL的酶學機制。
　　來自美國賓夕法尼亞州立大學的生物化學家S. J. Booker教授在同期發(fā)表的《自然—化學生物學》雜志上，對該發(fā)現(xiàn)的意義進行了專文評述。
　　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的底物容忍性進行了測試，發(fā)現(xiàn)5-或6-位氟取代的L-色氨酸類似物均能被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-色氨酸添加至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)。