《多环天然产物全合成研究取得进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-08-21
  • 甾体类天然产物在生物体内常常充当信号分子,因此具有重要的生理活性。该家族中的一小部分成员具有破缺的骨架结构,被称为开环甾体 (secosteroids),其化学合成和生物活性研究尚未引起充分关注。2015年,筑波大学的Kigoshi研究组报道了从海兔Aplysia kurodai中分离的开环甾醇aplysiasecosterol A (Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7073)。该化合物的自然含量非常稀少,但具有特别的化学结构:三环双酮母核通过碳-碳单键连接高度取代的环戊烷侧链,分子中连续8个手性中心对化学合成提出了一定挑战。

    中国科学院上海有机化学研究所李昂课题组近期完成了系列多环天然产物的全合成 (Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 952; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4227; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9025)。最近,该组的陆钊洪、张翔、郭志聪等合作完成了aplysiasecosterol A的首次全合成 (J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9211)。基于该分子结构中隐含的对称性,他们采取去对称化策略构建了左片段的全碳季碳手性中心,并通过自由基环化形成刚性的三环结构;利用Aggarwal锂化-硼基化和Zweifel-Evans烯基化,快捷地制备了含有连续叔碳手性中心的右片段。两个片段的连接借助了Oshima等发展的Reformatsky类型反应,再经脱水得到共轭烯酮中间体。合成后期的关键步骤是氢原子转移引发的自由基环化反应,以较高的环合效率和立体选择性一步形成三个连续的全碳手性中心。此合成路线的最长线性序列仅有14步。

    此项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金相关人才计划、创新研究群体等的资助。

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6726185.html
相关报告
  • 《蛋白酰化修饰调控天然产物生物合成研究取得进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-08-24
    • 近期,中国科学院上海药物研究所谭敏佳课题组与华东理工大学叶邦策课题组合作研究,揭示了蛋白赖氨酸酰化修饰在天然产物的生物合成代谢通路中的调控新机制,研究工作发表在8月Cell Chemical Biology(25(8): 984-995. doi: 10.1016/j.chembiol.2018.05.005)和5月ACS Chemical Biology(13(5):1200-1208. doi: 10.1021/acschembio.7b01068)杂志上。 细胞重要中间代谢产物酰基-CoA类化合物,作为供体直接参与生物体内的蛋白酰化修饰,从而调控多种重要生物学过程,如表观遗传、能量代谢、精子发育等,是目前生命科学研究的热点之一。在生物体次级代谢产物生物合成过程中,酰基-CoA扮演的角色一直被认为是聚酮类、生物碱类、脂肪酸类及异戊二烯类等多种重要天然产物的合成前体,然而目前人们对其作为酰化修饰供体调控次级代谢产物合成过程的作用认知明显不足。 两篇文章分别以丙酰-CoA依赖性的大环内脂类红霉素、丙二酰-CoA依赖性的多酚类赤松素以及丁酰-CoA依赖性的丁醇生物合成过程中,丙酰化修饰、丙二酰化修饰以及丁酰化修饰为研究对象,通过蛋白质组学技术系统性解析蛋白酰化修饰在不同化学骨架类型的天然产物生物合成过程中的形成机制及调控功能。证明了生物体内高浓度酰基-CoA的积累在有助于补充产物合成前体的同时,也会造成蛋白酰化修饰引起的反馈调控,导致关键酶受到抑制并影响产物产率。这种由于胞内代谢物浓度的“过载”引起生物体代谢失衡的状态,广泛存在于多种不同化学骨架类型天然产物生物合成过程中,并存在于内源性产物合成途径和人工构建产物合成途径中。此外,进一步的研究表明,基于酰化修饰底物和修饰酶的翻译后修饰代谢工程策略(PTM_ME),如保护修饰位点、优化修饰酶系统等,有助于缓解胞内碳流“过载”的压力,相对提高目标产物产量。 这两项研究工作首次揭示了蛋白酰化修饰在次生代谢产物生物合成调控中的普遍性,并为代谢工程提供了从翻译后修饰水平改造的全新策略。 谭敏佳和叶邦策为两篇文章的共同通讯作者,上海药物所博士后徐骏宇和华东理工大学博士生徐娅在两位老师的指导下合作完成该项目。参与这项工作的还有上海药物所叶阳课题组和芝加哥大学教授赵英明。此外,该项目受到国家自然科学基金委重大研究计划、面上项目、国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项和中国博士后科学基金的支持。
  • 《海洋小单胞菌天然产物everninomicin的生物合成研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-05-04
    • 近日,中国科学院南海海洋研究所张长生团队在海洋微生物天然产物everninomicin的生物合成及工程菌株构建研究中取得新进展,相关成果以“Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria”为题,于2022年4月21日在线发表于ACS Synthetic Biology(《ACS合成生物学》)。 靶向细菌核糖体的正糖霉素类天然产物具有特殊的高度修饰的寡糖骨架,与目前商用的核糖体靶向抗生素如大环内酯类、四环素类和氨基糖苷类等抗生素靶点均不同,不易产生交叉耐药,具有进一步开发的潜力。具有八糖骨架的everninomicin D是小单胞菌产生的正糖霉素类天然产物,自上世纪60年代起由美国先灵葆雅公司(Schering-Plough)分离鉴定,该公司通过调研发现其具有良好的抑菌活性。然而everninomicin的生物合成及代谢工程研究一直受限于野生型菌株的产量低下,其生物合成研究及构效关系分析一直进展缓慢。 研究团队以生物活性为导向,发现南海来源的小单胞菌SCSIO 07395(田新朋研究员提供)具有产生微量everninomicin 类化合物的能力。由于该类化合物生物合成步骤较多,结构复杂且代谢关键节点未知,暂时难以开展理性的代谢工程研究,于是采取了直接增加整个生物合成基因簇的拷贝数的方法进行增产。通过活性检测及代谢物分析发现,与野生型菌株相比,工程菌株的everninomicin 类化合物1-4的产量显著提升,同时还产生了野生型不产的新类似物5和6。 将工程菌株发酵分离得到的everninomicin类似物与包括5种氨基糖苷类、3种大环内酯类、3种β-内酰胺类和3种四环素类在内的28种商用抗生素在体外对21株革兰氏阳性菌及7种革兰氏阴性菌进行了系统的活性比较。结果显示everninomicin对葡萄球菌、肠球菌和链球菌活性显著,整体活性优于除thiostrepton和rifamycin外其他抗生素;此外,everninomicins对阴性菌中的鲍曼不动杆菌、霍乱弧菌和溶藻弧菌也具有中等强度的活性。 然后进一步选择了抑菌谱相似的vancomycin、linezolid及avilamycin同化学性质稳定的everninomicin D、E和M进行了半抑制浓度(IC50)的比较。测试结果显示everninomicin D、E和M对葡萄球菌和肠球菌的IC50与vancomycin、linezolid及avilamycin相当;对于链球菌则显示出明显的优势,特别是everninomicin D和M在体外对肺炎链球菌及猪链球菌显示出纳摩尔级水平的抑制作用;此外,everninomicin E对三种革兰氏阴性病原体鲍曼菌、溶藻弧菌和霍乱弧菌活性较为显著。最后,进一步利用基因簇倍增技术构建了everninomicin M的高产菌株,目前最高产量可达98.6 mg/L,为后续动物实验提供了物质基础。 综上所述,本研究从南海来源的野生型小单胞菌出发,针对结构及合成途径均非常复杂的天然产物,克服了野生型菌株遗传操作上的困难,直接通过增加生物合成基因簇的拷贝数达成了初步的产量提升及化学多样化,成功制备出多种具有显著活性的everninomicin类似物,为快速提高微量且复杂的活性天然产物的产量供生物合成及构效关系研究提供了参考案例。 博士后朱梦奕和王利娟为本文共同第一作者,张长生研究员为本文通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目、博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省海洋经济发展专项资金项目、王宽诚教育基金项目、海南省重大科技计划项目、广东省培养高层次人才特殊支持计划和广东省重点领域研发计划项目等资助。 相关论文信息:Mengyi Zhu#, Lijuan Wang#, Haibo Zhang, Liping Zhang, Bin Tan, Qi Huang, Yiguang Zhu, and Changsheng Zhang*. Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria. ACS Synthetic Biology 2023, DOI: 10.1021/acssynbio.3c00055. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00055