研究揭示細菌中P450酶修飾RiPPs的全局性分布藍圖

近日，我院戈惠明教授與焦瑞華教授團隊在J. Am. Chem. Soc.上刊發了基因組挖掘P450酶修飾RiPPs的最新成果。該研究通過從頭編寫前體肽基因的識別程序并組建一套簡便高效的基因組挖掘流程，一次性揭示了細菌中P450酶修飾RiPPs的全局性分布藍圖，基于此，通過異源表達，從4個不同類別中鑒定了11個新穎的P450酶修飾RiPPs。

核糖體合成和翻譯后修飾肽(RiPPs)是一類結構與活性十分多樣的天然產物，其生物合成始于蛋白質翻譯過程生成的前體肽，再經后續修飾酶的加工，形成終產物。在眾多的后修飾類型中，環化最為普遍，可以顯著增強多肽產物的生物活性和結構上的剛性（圖1A）。

近年來，P450酶被報道可以催化前體肽中芳香氨基酸側鏈間的交聯成環（圖1B, C），形成的環肽產物稱之為P450酶修飾RiPPs。為了進一步拓展該類環肽分子的化學多樣性，該團隊利用生物信息學手段對細菌展開了基因組挖掘。由于P450酶數量眾多，且前體肽基因難以預測，該團隊從頭建立了一個簡便高效的基因組挖掘流程(圖1D)，從UniRef90數據庫中收集了76,988條P450酶基因及上下游400bp的非編碼區序列，利用預測程序，獲得了12,847條短肽序列（圖1D）。再以短肽序列C端區域是否富含芳香氨基酸，從中篩選到2,648個對應的P450酶，通過這些P450酶構筑的序列相似性網絡和對應的前體肽序列保守性分析，該團隊一共發現了16個P450酶修飾RiPPs的不同類別（圖2，類別A-P），較為完整的揭示了該類環肽產物在細菌中的全局性分布。

隨后，該團隊以全局性分布藍圖為指導，開展結構表征工作，以期獲得結構類型多樣的新穎環肽分子。通過在鏈霉菌S. albus J1074和大腸桿菌中的異源表達，以及后續的分離純化和結構鑒定，共計獲得了11個新穎的環肽分子（圖3）。同時，通過體外酶促反應實驗，證實了環肽化合物8生物合成基因簇中P450酶的功能。

總而言之，該研究通過從頭編寫前體肽基因的識別程序并組建一套簡便高效的基因組挖掘流程，描繪了P450酶修飾RiPPs的全局藍圖，并通過多個新穎環肽產物的表征，證實了該類環肽產物巨大的結構多樣性潛能。這項研究為環肽天然產物的發現提供了新的視角，并為環肽藥物的人工合成提供了新的思路和酶學工具。

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