芳香聚酮早期后修饰环化酶的结构分类和功能分析

聚酮是一类结构和生物活性多样的天然产物,根据结构特点可以分为芳香聚酮和复合聚酮两大类。芳香聚酮环化酶是芳香聚酮生物合成过程中一种非常重要的早期后修饰酶,是决定芳香聚酮骨架结构的主要影响因素。根据序列和结构的相似性,芳香聚酮环化酶可以分为不同的种类。本文主要对其中3类芳香聚酮环化酶结构和功能进行了简要总结,从晶体结构、催化反应和催化机制等方面对它们进行了分类描述和功能分析,并结合自己实验室工作介绍了杰多霉素B环化酶催化机制的研究方法。     

鉴别杰多霉素生物合成后修饰氧化酶JadH中参与底物结合或催化的关键残基

JadH是羟化脱水双功能酶,参与杰多霉素生物合成中的聚酮后修饰反应,将2,3-dehydro-UWM6催化为dehydrorabelomycin。为了分析杰多霉素生物合成途径中后修饰氧化酶JadH结合、催化底物的关键氨基酸,构建了JadH与底物复合物的三维结构模型。利用该模型并结合JadH同源蛋白氨基酸序列比对分析,推测出JadH活性中心中可能参与底物结合或催化的关键氨基酸(R50、G51、L52、G53、F100、R221、I223、P295和G298)。通过定点突变及体外酶学实验对这些位点的突变体的催化活性进行评价,结果显示这些突变株活性均显著低于野生型,表明这9个氨基酸是JadH参与底物结合或催化的关键氨基酸。     

三烷基取代芳香聚酮gombapyrones生物合成基因簇的确认及其生物合成推导

【目的】本研究旨在确认链霉菌Streptomyces rubellomurinus ATCC 31215来源芳香聚酮化合物(gombapyrones, GOMs)的生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster, BGC),并对其生物合成途径进行推导。【方法】对链霉菌S. rubellomurinus ATCC 31215进行大规模发酵及提取分离,得到GOM-B和GOM-D;以三烷基取代芳香聚酮生物合成途径保守存在的P450单氧化酶的蛋白序列作为探针,在GOMs产生菌S. rubellomurinus基因组中进行BLAST搜索获得潜在的GOMs生物合成基因簇(gom BGC);通过对gom BGC中的聚酮合成酶(polyketide synthase, PKS)结构基因进行同框缺失突变,对突变株发酵产物进行高效液相色谱-质谱(highperformanceliquidchromatography-massspectrometry,HPLC-MS)分析以确认gomBGC与GOMs的产生相关;基于生物信息学分析,推导GOM-B的生物合成途径。【结果】从S. rubell...     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展*

真菌芳香聚酮化合物是由真菌非还原聚酮合酶(NR-PKSs)催化形成的具有广泛生物活性的一类天然产物。大部分内源真菌菌株存在难培养、致病性或产率低等问题,从根本上限制了真菌芳香聚酮化合物的开发和应用。随着合成生物学和代谢工程的发展,很多具有生物活性的聚酮产物实现了在工业微生物(如酿酒酵母、构巢曲霉等)中的异源生产,相关研究逐渐成为热点。从合成途径解析与挖掘、底盘细胞的构建与改造等方面综述了近年来真菌芳香聚酮化合物的合成生物学研究进展,为未来真菌芳香聚酮化合物人工代谢途径的高效构建和实现工业化生产奠定基础。     

酮基合酶AlpRQ影响醌那霉素的产量

【背景】角蒽环类聚酮化合物醌那霉素生物合成基因簇包含了两套酮基合酶(KSα和KSβ)的编码基因,即alpA,alp B和alpR,alpQ,AlpA和AlpB被证明是醌那霉素合成过程中必需的酮基合酶,而AlpR和AlpQ则被认为与别的化合物的合成相关。【目的】鉴于alpR和alpQ和必需基因alpS在醌那霉素合成基因簇上紧密相邻,本研究旨在确定它们与醌那霉素生物合成的相关性。【方法】PCR-targeting在细菌人工染色体(BAC)文库质粒上进行多基因敲除,构建好的文库质粒再导入通用宿主Streptomyces albus J1074中进行异源表达,并用高效液相色谱(HPLC)检测突变株和野生型菌株的发酵产物。【结果】AlpR和AlpQ对醌那霉素的合成没有直接影响,但是敲除AlpRQ突变株的发酵液中醌那霉素的产量显著提高了。【结论】AlpR和AlpQ很有可能是另一Ⅱ型聚酮化合物的KS_α和KS_β,它们与AlpA和AlpB竞争共同的合成前体。本研究还证明了AlpR和AlpQ并不能替代AlpA和AlpB的功能。     

非典型角蒽环聚酮氧化开环酶的功能与进化

非典型角蒽环聚酮化合物是一类经过氧化重排反应形成的具有独特骨架结构的芳香聚酮类化合物。近年来的研究表明,尽管此类化合物具有多种多样的骨架结构,它们都是由共同的生物合成中间体Dehydrorabelomycin生成的。一个独特的加氧酶家族(称为非典型角蒽环氧化开环酶)催化了Dehydrorabelomycin的氧化碳-碳键断裂与重排反应。尽管这些酶属于同一个蛋白质家族,催化相同的底物发生氧化开环反应,但是通过不同的重排方式形成了对应于各自生物合成终产物的骨架结构,对这类化合物最终结构的形成起到了关键作用。对这一家族的加氧酶进行深入的催化功能与反应机理研究,不仅有助于对已知芳香聚酮的结构改造与新颖骨架结构芳香聚酮的发现,也有助于加深对于蛋白质序列进化与功能演化的认识。     

红色红曲菌M7中色素聚酮合酶基因敲除突变体的鉴定

摘要:【目的】研究红色红曲菌(Monascus ruber) M7中控制红曲色素合成的聚酮合酶基因(pksPT)的功能。【方法】对M7 中pksPT进行了生物信息学分析;借助农杆菌介导的红曲菌转化技术敲除M7中pksPT,获得pksPT缺失突变体(ΔpksPT),比较M7和ΔpksPT菌落形态、产孢能力、生长速度、色素和桔霉素产量的差异。【结果】pksPT全长8687 bp,编码蛋白含有2690个氨基酸,属于非还原Ⅲ型聚酮合酶,包括β-酮酯酰基合成酶(KS)、酰基载体蛋白(ACP)、酰基转移酶(AT)和甲基转移酶(ME)四种结构域,组合形式为KS-AT-ACPACP-ME。ΔpksPT的分析结果显示,pksPT的敲除不影响其产分生孢子和闭囊壳的能力;ΔpksPT不能产生任何一种红曲色素;其生长速度明显快于野生菌株M7;桔霉素产量较M7 提高了2.8倍。【结论】pksPT是M7中控制红曲色素合成的关键基因,红曲色素的合成显著影响红曲菌产桔霉素能力和生长速度。     

放线菌模块型聚酮合酶的系统发育组学分析及其在聚酮类化合物筛选中的应用

【目的】通过分析模块型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)的系统进化关系,阐明酮基合成酶(ketosynthase,KS)和酰基转移酶(acyltransferase,AT)序列与聚酮产物之间的关系,为放线菌天然产物的筛选提供指导。【方法】从PKSDB数据库的20个模块型PKS基因簇中调取所有KS(190个)和AT(195个)氨基酸序列,利用MEGA 4.0软件分别构建KS、AT、KS+AT 3种序列模式的系统发育树,并计算KS序列的簇内和簇间平均进化距离。设计了一对KS结构域的引物,通过PCR方法对20株活性放线菌分离菌株进行了筛选,测定了阳性菌株的KS序列,和已知的相关KS序列构建系统发育树,并对阳性菌株进行了发酵培养和代谢产物分析。【结果】放线菌来源的同一PKS的KS序列倾向于聚成一个进化枝,且按照其产物结构聚类;同一PKS的KS簇内平均进化距离小于0.300,不同PKS的KS簇间平均进化距离一般大于0.300。AT系统发育树按照其底物特异性聚成两个大的分枝;同一PKS的部分AT分别处于两个分枝,其余AT散在分布。KS+AT系统发育树则综合了KS树和AT树的拓扑结构特点。获得13株KS阳性分离菌株,它们的多数KS序列按照菌株分别聚类,其中4株菌的大部分KS各自聚成独特的簇,5株菌的大部分KS分别处在已知PKS进化枝内。从3株阳性菌中分离到预期的聚酮类产物。【结论】放线菌中KS的进化方式以垂直进化为主,而AT则以水平进化为主;KS序列与产物结构相关,且KS簇间平均进化距离可作为不同PKS的判定标准;相对于AT和KS+AT,KS系统发育组学分析更适用于指导放线菌聚酮类产物的筛选。     

PTEN蛋白的翻译后修饰

第10号染色体缺失的磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog,PTEN)基因所编码的PTEN蛋白兼具有脂质和蛋白磷酸酶活性,它的表达、活性和稳定性受到各种结合蛋白、酶和因子的调节。结合最新研究,本文将集中对PTEN上氨基酸残基位点的各种翻译后修饰进行一综述。     

真菌聚酮合酶基因分离方法的研究进展

真菌聚酮合酶在代谢中可催化合成多种具有重要生物学活性的次级代谢物,所以真菌聚酮合酶正逐渐成为药学、食品科学和农学等领域的研究热点。本文综述了近五年来建立的几种分离真菌聚酮合酶基因的方法。这些方法解决了真菌中聚酮合酶基因簇难以分离的问题,为改造和利用真菌聚酮合酶以及发掘真菌聚酮化合物资源提供了强有力的手段。     

超氧化物歧化酶翻译后修饰的研究进展

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是生物体内存在的一种抗氧化金属酶,它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧(O₂)和过氧化氢(H₂O₂),在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用,且与很多疾病的发生、发展密不可分。对SOD的活性调节一直是研究热点,大多数研究都集中在转录水平(基因表达)和翻译水平(酶蛋白合成)两个方面。随着研究的深入,发现蛋白质翻译后修饰(PTM)对SOD的酶活性有重要影响。近年来,研究蛋白质翻译后修饰对SOD的酶活性的影响越来越受到重视。总结了硝基化、磷酸化、S-谷胱甘肽化、糖基化、乙酰化、次磺酸化、亚磺酸化、SUMO化等几种SOD翻译后的修饰方式,讨论了修饰后对SOD酶活性的影响和生理意义,并对SOD翻译后修饰的发展及面临的挑战进行了展望,为相关疾病的研究、治疗及靶向药物的研制提供了理论基础。     

一株具有抑制单胺氧化酶作用的干酪乳杆菌筛选

【目的】通过体外模型从健康人体粪便内分离筛选出具有抑制单胺氧化酶(MAO)活性的乳酸菌,为今后乳酸菌体内抗衰老的研究提供参考。【方法】采用单胺氧化酶体外抑制模型对乳酸菌的发酵上清及无细胞提取物进行了筛选,并对筛选出的样品进行了两种指标的测定,即样品的剂量效应,以及样品与酶的预保温时间对酶活抑制率的影响;同时利用膜分离技术对不同分子量范围的样品进行了MAO的抑制测定。以筛选出的菌株JH-23为目的菌,通过16S rDNA序列分析及API细菌鉴定系统对菌株进行鉴定。【结果】筛选出的菌株JH-23无细胞提取物对MAO的抑制率达到33.7%。样品经冻干后,在反应浓度为16 mg/mL时抑制率达到53.2%,且MAO抑制率随预保温时间的增加而上升,在30 min之后抑制效果趋于平稳;粗样品经48 h透析后,透析液中的MAO抑制率较透析前明显升高。菌株JH-23的鉴定结果显示其属于干酪乳杆菌。【结论】开发了一种以单胺氧化酶作为靶位酶的新式体外筛选模型,该模型方便快捷且灵敏性高,对之后的抗衰老体内研究有所帮助。筛选出的干酪乳杆菌JH-23细胞裂解物对MAO有抑制作用,其中起到MAO抑制作用的主要是细胞内的小分子类物质。     

链霉菌来源的苯并异色烷醌家族抗生素的生物合成

苯并异色烷醌(benzoisochromanequinones,BIQs)家族抗生素是由链霉菌产生的聚酮类抗生素,其芳香聚酮母核结构中含有并联的两个芳香环和一个吡喃环,具有抗菌、抗肿瘤等多种生物学活性。BIQ抗生素聚酮链的早期生物合成过程代表了芳香聚酮抗生素母核的典型合成机制,而不同的后期修饰则决定了它们结构和生物学活性的多样性。在过去的二十几年中,以放线紫红素和美达霉素为研究重点,BIQ家族抗生素的生物合成机制逐渐得到揭示,但在后期结构修饰方面仍有许多问题有待解决。本文对BIQ家族抗生素的生物合成机制研究进行了综述,比较了不同BIQ家族抗生素结构特点、生物学活性,并重点阐述了它们生物合成中的后期结构修饰和调控过程的研究进展,并对BIQ抗生素在代谢工程方面的研究进行了展望。     

钙霉素聚酮链释放亚基蛋白性质优化及底物选择性

【目的】钙霉素合成酶亚基CalA3释放钙霉素合成过程中的聚酮链。获得生物化学性质稳定、蛋白结构性质均一的CalA3蛋白,可用于冷冻电镜(cryo-electron microscopy)结构解析,以帮助理解装配线型聚酮合酶亚基释放聚酮链的生物化学机理。探究CalA3对不同关键结构特征的聚酮链底物的选择性,可为制备CalA3与小分子化合物的复合物提供生化材料,同时也为进一步挖掘CalA3的成酰胺键的应用潜能提供借鉴。【方法】优化CalA3蛋白异源表达菌株的培养条件、CalA3蛋白纯化的生化条件,利用负染电镜观察蛋白形态,计算并分析蛋白质结构的性质;测定CalA3对不同结构的直链聚酮类似物的体外催化活性,利用色谱和质谱分析鉴定CalA3催化N-乙酰半胱氨酸-吡咯-2-丙酸(SNAC-C3)、N-乙酰半胱氨酸-戊酸(SNAC-C5)和月桂酰辅酶A等多种不同结构的直链聚酮底物类似物与3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxy anthranilic acid, 3HA)反应的产物。【结果】利用优化后的培养基PGTY,不仅实现了高纯度巨型聚酮合酶CalA3超量异源表达,同时,负染电镜观察、计算分析...     

蓝藻的蛋白质翻译后修饰研究进展

蛋白质翻译后修饰系统几乎参与了细胞所有的正常生命活动过程,并发挥着重要的调控作用。目前,基于生物质谱技术进行蛋白质翻译后修饰的规模化分析鉴定,已经成为蛋白质组学研究的核心内容之一。近年来的研究表明,蓝藻细胞中存在着复杂的蛋白质翻译后修饰系统,如磷酸化,乙酰化,甲基化,糖基化,氧化等,这些翻译后修饰在蓝藻细胞的代谢过程中可能发挥着重要的调控作用。本文主要针对蓝藻细胞中蛋白质翻译后修饰的发现与鉴定,以及翻译后修饰潜在的生物学功能展开简要综述。     

长松萝中一个聚酮合酶基因簇的克隆和鉴定

【目的】探索药用地衣长松萝(Usnea longissima Ach)聚酮化合物的生物合成基因簇,克隆聚酮合酶(PKS)基因并分析其功能。【方法】以长松萝地衣型真菌为材料,通过巢氏PCR获得聚酮合酶基因片段和原位杂交筛选基因组文库获得聚酮合酶基因及相邻基因簇。并对获得聚酮合酶进行分子系统进化分析和基因表达分析。【结果】获得药用地衣长松萝中的编码聚酮合酶基因UlPKS5的全长序列以及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶。聚酮合酶UlPKS5含有酮体合成酶(KS),酰基转移酶(AT),产物模板(PT)以及酰基载体蛋白(ACP)结构域。分子系统进化分析显示UlPKS5属于非还原型聚酮合酶中第五组,与蒽醌类化合物生物合成相关。通过半定量RT-PCR分析表明山梨醇(10%)和蔗糖(2%和10%)能够强烈诱导UlPKS5基因表达。【结论】聚酮合酶(UlPKS5)及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶与长松萝中蒽醌类化合物生物合成相关。     

栎皮酮对甜菜夜蛾酚氧化酶的抑制作用

研究了栎皮酮对甜菜夜蛾Spodopteraexigua 酚氧化酶活力的影响。结果表明: 栎皮酮对该虫的单酚酶和二酚酶活性均表现很强的抑制作用,其I⁵⁰分别为0.079 mmol/L和0.087 mmol/L。其中,栎皮酮对单酚酶活力表达的迟滞时间有明显的延长效应,浓度 为0.079 mmol/L时可使单酚酶活力表达迟滞时间从134s 延长到330s;而当浓度为0.158 mmol/L时,其迟滞时间则延长至440s。以L 多巴为底物时,栎皮酮对二酚酶的抑制作用表现 为典型的竞争型抑制类型,抑制常数K_I为33.16 mmol/L。在研究金属离子对栎皮酮吸收 峰影响实验中发现,Cu²⁺对吸收峰影响最大,可使栎皮酮最大吸收波长从367 nm改变为 435 nm;而加入Mg^2+与Ca²⁺后,其最大吸收峰却无明显的偏移。     

细菌通过聚酮合成酶途径合成多不饱和脂肪酸的研究进展

细菌利用聚酮合成酶途径合成多不饱和脂肪酸是近年发现的新的脂肪酸合成途径。这种途径与常规的由脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶引导的脂肪酸合成途径有着本质上的差别。总结了近些年细菌利用聚酮合成酶合成多不饱和脂肪酸这一新途径的研究状况,重点阐明其分子机制,并对其研究趋势及应用前景进行了展望。