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Angew. Chem. :植物毒素Beticolin 1 生物合成途径的解析发现一种新型金属酶

贝第高林1(Beticolin 1)是一种具有抗菌和抗肿瘤活性的天然产物,它由一个蒽醌和一个卤代氧杂蒽酮通过特殊的双环[3.2.2]壬烷连接而成。近日,江南大学饶义剑教授团队利用光介导的比较转录组学首次鉴定了尾孢菌中贝第高林1的生物合成基因簇。并在阐明贝第高林1的生物合成途径的过程中,发现了一种催化蒽醌开环的新型非血红素铁加氧酶 BTG13,其活性中心的铁离子与4个组氨酸,1个羧化赖氨酸(Kcx377)以及1个水分子配位。此外,晶体结构分析以及体外实验表明,氨基酸His58和Thr299可以通过调节赖氨酸的羧化进而影响BTG13的酶活。


利用光介导的比较转录组学,作者首先鉴定出了尾孢菌中Beticolin 1的生物合成基因簇(BTG BGC),并基于基因敲除结果和前人关于蒽醌和氧杂蒽酮类天然产物生物合成的报道,提出了Beticolin 1的生物合成过程。其中,BTG13被认为参与蒽醌的开环过程。

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体外酶活表征表明,GedF/BTG7可以催化大黄酚(6)产生中间体12,后者可以进一步被BTG13转化为13。为了进一步研究BTG13催化过程中的分子机制,作者解析了BTG13的晶体结构。晶体结构表明BTG13是一种金属酶,其活性中心的金属离子与His55, His58, His296, His374, Lys377以及1个水分子配位。此外,作者在Lys377的上方观察到很强的电子密度,这表明Lys377可能是以羧化或乙酰化修饰的形式参与反应。考虑到羧化赖氨酸(Kcx)往往会与金属离子作用,因此作者认为Lys377是以羧化形式参与反应的,这一结论也得到体外实验的证实。之后,作者通过电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)以及体外实验进一步证明活性中心的金属为铁离子。上述实验表明BTG13是一种新型的单核非血红素铁金属酶。

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进一步的晶体结构分析以及体外酶活测试表His58和Thr299参与介导Lys377的羧化,从而调节BTG13的催化活性。最后,通过分子对接和定点突变,作者对BTG13的底物结合口袋进行了分析,并基于相关报道推测了BTG13的催化机制。

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最后,通过分子对接和定点突变,作者对BTG13的底物结合口袋进行了分析,并基于相关报道推测了BTG13的催化机制。


以上研究成果所揭示的新型金属酶BTG13,不仅拓展和丰富了人们对金属酶的认识,也为合成生物学元件的设计和构建提供了坚实的基础。

文信息

Discovery of the Biosynthetic Pathway of Beticolin 1 Reveals a Novel Non-Heme Iron-Dependent Oxygenase for Anthraquinone Ring Cleavage

Xiaodong Hou,Huibin Xu,Zhiwei Deng,Yijun Yan,Zhenbo Yuan,Xuanzhong Liu,Zengping Su,Sai Yang,Yan Zhang,Yijian Rao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202208772




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