JACS | 隐秘的乙酰化中间体—Aspirochlorine生物合成过程中硫迁移和手性螺缩醛胺形成

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摘要

ETPs (Epidithiodiketopiperazines) 类天然产物是一类由真菌产生的次级代谢产物，其骨架特征是以含硫桥的二酮哌嗪为母核。Aspirochlorine具有抗菌和抗病毒活性，结构中含有二硫键并与螺环体系相连。本文报道首例催化基序为CXXH的新型氧化还原酶 (AclR)，可催化碳-硫键迁移和螺环形成，黄素腺嘌呤二核苷酸FAD起到蛋白质折叠的支持作用，而非作为氧化还原辅因子。此外，隐秘的乙酰化过程是其重排的先决条件。



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内容

作者先前在米曲霉的基因组中鉴定了Aspirochlorine的生物合成基因簇（更多此类化合物的生物合成见文末往期推荐）。

 

Angewandte Chemie 126.49 (2014): 13627-13631.
 

本文重点在鉴定螺环结构形成的基因。GliT催化gliotoxin生物合成中二硫键的氧化形成（图1）。通过序列比对、测序等方法鉴定出硫氧还蛋白氧化还原酶aclR。随后作者对野生型（AOKW2）和ΔaclR/ AOKW2的LC-HRMS数据进行比较分析，发现含有乙酰基的化合物2可能作为螺环形成的前体（图2）。

 
 

Figure 1. Chemical structures and molecular basis of the ETP toxins gliotoxin and aspirochlorin.
 

Figure 2. Identification and chemical characterization of the biosynthetic precursor of the spiroaminal product.
 

螺缩醛胺前体的分离和结构测定。在时程分析中，作者观察到化合物3通过逆向羟醛裂解转化为4（图3）。

 

Figure 3. In vitro reconstitution of AclR-catalyzed sulfur migration and spiro ring formation.

 

AclR的晶体结构和特定位点的突变揭示了CXXH基序在催化反应中的作用。作者解析AclR的晶体结构（图4A）。AclR中的特征催化基序为CXXH，His147与黄素杂环平行且紧密相邻（3.5Å），形成π-π作用而锚定（图4B）。

 

Figure 4. Crystal structure of AclR and role of the specialized catalytic CXXH motif.
 

反应机理如图5所示。路径a 为His147夺取苯酚的氢生成酚盐，通过5-exo-trig 型氢酰胺化反应合成呋喃环。路径b为Cys144在底物和酶之间生成分子间二硫键从而产生硫醇盐阴离子，在脱乙酰氧基后形成噻喃烷中间体，随后酰胺氮作为电子供体进行1，2-磺胺基迁移。

 

Figure 5. Model of aspirochlorine biosynthesis with focus on spiroaminal formation catalyzed by AclR.
 

本文作者探讨了AclR的催化机理，His147作为关键催化残基之一，AclR可能通过C147H进化突变形成手性螺缩醛胺，并且隐秘的乙酰化过程是其重排的先决条件。AclR的出现丰富了真菌代谢产物的化学复杂性（图6）。

 

Figure 6. Evolutionary relationship of canonical and noncanonical thioredoxin oxidoreductases in microbial biosynthesis.


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