细胞松弛素杂聚体（meroaspochalasins，mAPOs）是丝状真菌黄柄曲霉产生的标志性代谢产物，因其迷人的化学结构以及抗肿瘤药物开发潜力，在天然产物和合成化学界引起了极大的兴趣。虽然细胞松弛素骨架生物合成的核心基因和部分修饰基因已经成功得到表征，但这些单体在微生物体内如何组装形成mAPOs仍然是个谜团。此外，野生黄柄曲霉中mAPOs的含量低且产率不稳定，而化学合成的方法步骤繁多，这严重限制了它们的进一步研究和开发。 近日，华中科技大学药学院张勇慧教授团队综合运用生物信息和靶向代谢分析技术，发现了负责mAPOs合成的两条基因簇。随后，通过基因敲除、体外酶反应、蛋白结构预测和氨基酸定点突变，以及18O同位素标记等实验，阐明了聚合反应的两个关键中间体aspochalasin B（7）和聚酮双烯体前体化合物21（或26），以及终产物mAPOs的生物合成机制。
在本项研究中，作者在黄柄曲霉中鉴定了两条次生代谢产物生物合成基因簇，flas和epi，它们分别负责mAPOs中的两个亚单元，亲双烯体7和双烯体前体异苯骈半缩醛（21或26）的生物合成。其中，flas簇内的BBE-like氧化酶FlasF催化多种细胞松弛素的C18位羟基的氧化，生成相应的C18羰基细胞松弛素单体，其中就包括杂聚反应过程中关键的中间体7。此外，FlasF还可与短链脱氢酶/还原酶（SDR）FlasG，以及内源NADPH交互作用，进一步增加细胞松弛素单体合成代谢网络的复杂性。 在另一条基因簇epi中，细胞色素P450酶EpiC和SDR酶EpiD协同催化双烯体前体21（或26）的形成，随后它们自发脱水得到双烯体51（或52），在这一过程中，EpiD起着关键的“救援者”作用，防止聚酮C8位羟基的过度氧化和副产物内酯衍生物的形成。这一还原步骤确保了生物合成途径的适当调节，突出了EpiD作为控制双烯体形成过程中氧化和还原微妙平衡的重要作用。 亲双烯体7与双烯体51（或52）之间，通过级联的非酶促[4π + 2π] Diels-Alder反应和[5π + 2π]环加成，逐步产生mAPOs二聚体和三聚体。而epi簇中的黄素依赖氧化酶EpiG催化双烯体C3位的羟基化，这是形成mAPOs三聚体的关键步骤。 对细胞松弛素杂聚体形成机制的解析，可为将来运用组合生物合成策略合成更多非天然的细胞松弛素杂聚体奠定基础。 论文信息 Cooperative Redox Reactions Encoded by Two Gene Clusters Enable Intermolecular Cycloaddition Cascade for the Formation of Meroaspochalasins Pengkun Li, Jie Meng, Xiaotian Zhang, Xiaopeng Zhang, Yonghao Ye, Yunpeng Zhao, Xuenian Huang, Ziou Zha, Zhenhua Guan, Suitian Lai, Zhe Chen, Zengwei Luo, Jianping Wang, Chunmei Chen, Junjun Liu, Lianghu Gu, Yuhui Sun, Shuming Li, Hucheng Zhu, Ying Ye, Yuan Zhou, Yonghui Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502766
