中科院:庚糖合成代謝研究取得進(jìn)展

閱讀次數(shù)：536 發(fā)布時(shí)間：2018/3/12 9:21:31

上海恒遠(yuǎn)生物報(bào)道：中科院微生物研究所的研究人員發(fā)表了題為“d-Sedoheptulose-7-phosphate is a common precursor for the heptoses of septacidin and hygromycin B ”的文章，發(fā)現(xiàn)庚糖殺菌素中L-吡喃庚糖也是以景天庚酮糖-7-磷酸為前體合成的，而且其前幾步反應(yīng)和革蘭氏陰性細(xì)菌初級(jí)代謝LPS中庚糖的生物合成途徑完全一致，催化相關(guān)反應(yīng)的酶可以相互替換。

這一研究成果公布在PNAS雜志上，第一作者為中國(guó)科學(xué)院微生物研究所唐偉博士和郭正彥副研究員，陳義華研究員為論文通訊作者。

糖是組成生命的基本結(jié)構(gòu)單元之一。不同的糖基可以聚合在一起形成細(xì)胞壁等細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，也可以修飾蛋白和不同的小分子化合物，賦予它們不同的特性。微生物天然產(chǎn)物藥物中糖基結(jié)構(gòu)十分豐富。而且，糖基和藥物分子的成藥性息息相關(guān)。

分析細(xì)菌來(lái)源的天然產(chǎn)物中的庚糖可以按結(jié)構(gòu)分為四類：呋喃庚糖、還原型吡喃庚糖、庚糖殺菌素代表的L-吡喃庚糖和潮霉素B代表的D-吡喃庚糖。前兩類庚糖的生物合成分別是由轉(zhuǎn)醛酶和甲基轉(zhuǎn)移酶催化形成，機(jī)制已經(jīng)研究得比較清楚，但后兩類庚糖的前體和形成機(jī)制一直沒(méi)能得到闡明。

庚糖在微生物中十分重要，因?yàn)樗懈锾m氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）結(jié)構(gòu)的核心區(qū)都含有兩或三個(gè)庚糖的寡糖鏈。這些庚糖是以景天庚酮糖-7-磷酸為前體，通過(guò)異構(gòu)化（GmhA）、1位磷酸化（HldE）、7位磷酸水解（GmhB）、腺苷轉(zhuǎn)移（HldE）和6位羥基異構(gòu)化（HldD）五步反應(yīng)得到ADP-L-glycero-β-D-manno-heptose后進(jìn)一步修飾合成的。

庚糖殺菌素（Septacidin）是革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌所產(chǎn)的次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有抗真菌和抗腫瘤活性，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)還具有誘發(fā)細(xì)胞免疫原性死亡的活性。這類化合物的衍生物KRN5500已經(jīng)分別作為抗腫瘤藥物和疼痛抑制劑進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。

最新研究發(fā)現(xiàn)庚糖殺菌素中L-吡喃庚糖也是以景天庚酮糖-7-磷酸為前體合成的，而且其前幾步反應(yīng)和革蘭氏陰性細(xì)菌初級(jí)代謝LPS中庚糖的生物合成途徑完全一致，催化相關(guān)反應(yīng)的酶可以相互替換。

這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明革蘭氏陰性細(xì)菌的初級(jí)代謝和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的次級(jí)代謝共享了保守的庚糖合成途徑，為利用革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌次級(jí)代謝的多樣性來(lái)改造革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁脂多糖結(jié)構(gòu)打開了大門。這也是首次發(fā)現(xiàn)微生物可以利用ADP活化的糖基進(jìn)行次級(jí)次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。隨后的工作中，研究人員對(duì)合成庚糖殺菌素的后修飾過(guò)程進(jìn)行了研究，大致推測(cè)了其生物合成的機(jī)制。

潮霉素B及其抗性基因是實(shí)驗(yàn)室常用的篩選系統(tǒng)。同時(shí)，潮霉素B在家禽和家畜飼養(yǎng)中用作抗寄生蟲的獸藥。在潮霉素B的結(jié)構(gòu)中含有特殊的D-吡喃庚糖結(jié)構(gòu)。根據(jù)研究結(jié)果推測(cè)，潮霉素B中的D-吡喃庚糖也是以景天庚酮糖-7-磷酸為前體，通過(guò)衍生而來(lái)。

根據(jù)這一工作，首次推測(cè)了潮霉素B的生物合成途徑，部分解析了這一類重要氨基糖苷類化合物的生物合成機(jī)制。研究人員在體外酶學(xué)研究中，用潮霉素B中催化景天庚酮糖-7-磷酸生產(chǎn)D-glycero-D-altro-heptose-7-P的異構(gòu)化酶HygP和大腸桿菌中催化后面三步反應(yīng)的酶HldE、GmhB 組成雜合體系，發(fā)現(xiàn)可以有效地催化生成一種全新的ADP-庚糖ADP-D-glycero-β-D-altro-heptose。利用這種新穎的庚糖來(lái)改造大腸桿菌LPS組成和庚糖殺菌素類化合物結(jié)構(gòu)的工作正在進(jìn)行中。

庚糖殺菌素、潮霉素B及大腸桿菌細(xì)胞壁脂多糖中庚糖的生物合成過(guò)程。其中，綠色括號(hào)內(nèi)標(biāo)注的是大腸桿菌參與細(xì)胞壁脂多糖中庚糖合成的酶。潮霉素B和大腸桿菌LPS合成的酶可以合作生產(chǎn)新穎的ADP-庚糖。

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