01
摘要
多结构域酶协调两种或多种催化反应以控制生命体生物转化的方向与速度。本文作者通过基因组挖掘策略识别在进化过程中发挥协同作用的共存酶结构域CO-ED。 利用该策略作者挖掘ThiF-硝基还原酶共存酶（恶唑酮合成酶）。通过异源表达和体外酶学实验，作者发现一系列含有恶唑酮结构的天然产物并解析其生物合成途径。共存酶结构域挖掘策略丰富对复杂天然产物装配线的相关认识。
02 内容 了解自然界生物转化的力量对于众多学科发展至关重要。含有丰富的多催化结构域酶是代谢产物的主要特征之一。多结构域酶由两个或多个单结构域酶的基因融合产生并提供催化优势，例如耦合时间和空间调节、固定的活性位点化学计量和反应中间体通道等。随着时间的推移，多结构域酶通过进化以协调其组成活性位点的反应性，从而获得新功能，其代表性范例包括FAS、PKS和NRPS等。本文作者通过基因组挖掘策略发现共存酶结构域 (co-occurring enzyme domains, CO-ED) 并解析恶唑酮生合成途径的关键酶恶唑酮合成酶，一种新的双功能环化脱水酶-氧化还原酶。 通过CO-ED 鉴定双结构域候选酶 CO-ED 工作流程如图1所示，采用一组蛋白查询并表征共存酶结构域网络。通过Pfam绘制节点并在可能的多结构域酶组合绘制边界。同时利用 BRENDA、MIBiG和 UniProt数据库进行类似分析以完善边界节点、内容和分类。未着色边界代表未表征的共存酶结构域。此外，可以通过本文作者开发的http://enzyme-analysis.org进行 CO-ED 分析。 为验证 CO-ED 工作流程，作者首先将其应用于模式生物大肠杆菌 K12 基因组。大肠杆菌基因组网络（图2a, b）揭示了 19 对共存酶结构域。 下一步作者将 CO-ED 分析应用于非模式海洋 γ-变形杆菌 P. rubra DSM 6842基因组，其中12 对结构域未注释（图2c）。作者接下来研究ThiF-硝基还原酶共存酶OxzB，其中每一个结构域催化一系列不同的化学转化（扩展数据图1）。 异源表达oxzAB产生新的代谢产物 在 P. rubra 和其他物种中，oxzA位于oxzB的上游形成双基因 oxzAB 操纵子（图3a）。异源表达不同物种的oxzAB 后产生一系列恶唑酮（图3b, c），作者将由酪氨酸和苯丙氨酸衍生的分子分别命名为酪唑酮和苯唑酮，其中酪唑酮主要由 (Z) 异构体组成。 OxzAB 作用下恶唑酮生物合成途径体外重构 作者推定恶唑酮生物合成途径如下图所示。 最后作者在大肠杆菌中异源表达纯化P. rubra OxzA与OxzB。当OxzA与 L-酪氨酸12 和癸酰辅酶A 13共同孵育时，OxzA 催化14的形成， OxzB 催化合成壬基酪唑酮（图4）。 本文作者使用共存酶结构域 (CO-ED) 基因组挖掘策略发现了一系列新的恶唑酮天然产物以及独特的恶唑酮合成酶OxzB，其包含 ThiF 和硝基还原酶结构域，为未来共存酶结构域的挖掘与改造提供参考。
