藥學(xué)院葉英副教授在真菌生物堿類殺蟲抗生素brevianamides的生物合成機(jī)制研究方面取得突破，5月18日，相關(guān)研究成果以“Fungal-derived brevianamide assembly by a stereoselective semipinacolase”為題，在線發(fā)表于國際催化領(lǐng)域Top期刊《自然·催化》（Nature Catalysis），葉英副教授為論文第一作者。
近半個世紀(jì)以來，含有雙環(huán)[2.2.2]重氮辛烷結(jié)構(gòu)單元的真菌吲哚類生物堿因其多樣的生物活性、獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及神秘的生物合成機(jī)制受到微生物學(xué)、生物化學(xué)、天然藥物化學(xué)及有機(jī)合成化學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。盡管許多研究者對該類天然產(chǎn)物的新結(jié)構(gòu)挖掘、生物活性和生物合成進(jìn)行了大量研究，也陸續(xù)報道了一些代表性化合物如殺蟲劑brevianamides、獸藥paraherquamides、抗腫瘤活性物質(zhì)notoamides等的仿生全合成，但這些真菌天然產(chǎn)物的生物合成機(jī)理，尤其是微生物如何組裝產(chǎn)生非對映異構(gòu)體（diastereomers）和對映異構(gòu)體（enantiomers）衍生物的分子機(jī)制，已然成為天然產(chǎn)物生物合成領(lǐng)域的“圣杯”。
由短密青霉（Penicillium brevicompactum）產(chǎn)生的殺蟲抗生素brevianamides是該類真菌生物堿的最早成員和典型代表，其結(jié)構(gòu)中含有雙環(huán)[2.2.2]重氮辛烷結(jié)構(gòu)和少見的3位螺環(huán)吲哚骨架。半個世紀(jì)前，美國知名學(xué)者Sammes等首次提出雙環(huán)[2.2.2]重氮辛烷基團(tuán)可能通過[4+2] Diels-Alder環(huán)合反應(yīng)（DA反應(yīng)）產(chǎn)生的生源假說，但是該假說長期以來缺少直接的生物化學(xué)證據(jù)，成為生物合成領(lǐng)域的著名“懸案”。
該篇論文通過交叉運(yùn)用微生物遺傳學(xué)、功能基因組學(xué)、生物化學(xué)、合成化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)與量子化學(xué)計算等多種手段，在國際上首次從短密青霉中揭示了brevianamide A的立體選擇性合成機(jī)制，成功解決了這一“懸案”：發(fā)現(xiàn)由細(xì)胞色素P450單加氧酶BvnD催化二酮哌嗪環(huán)內(nèi)C-N鍵的去飽和反應(yīng)以提供DA反應(yīng)必需的雙烯體（diene），異構(gòu)酶BvnE催化“頻哪醇重排”（pinacol rearrangement）選擇性產(chǎn)生DA反應(yīng)前體，并導(dǎo)致3位螺環(huán)吲哚骨架的非對映選擇性合成，最終通過自發(fā)的分子內(nèi)DA反應(yīng)（IMDA）生成brevianamide A與B。
上述研究結(jié)果不僅豐富了真菌生物合成酶催化復(fù)雜手性成環(huán)反應(yīng)的機(jī)制性認(rèn)識，而且將為未來運(yùn)用組合生物合成與合成生物技術(shù)創(chuàng)造更多的活性吲哚類生物堿結(jié)構(gòu)衍生物奠定理論基礎(chǔ)，對于新型生物農(nóng)藥、獸藥或人藥的開發(fā)均具有十分重要的社會經(jīng)濟(jì)意義。
山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李盛英教授、美國密西根大學(xué)David Sherman教授和科羅拉多州立大學(xué)Robert Williams為本文共同通訊作者，李盛英教授課題組成員杜磊為共同第一作者。
葉英副教授博士畢業(yè)于日本北海道大學(xué)，師從真菌天然產(chǎn)物生物合成領(lǐng)域知名專家及川英秋教授，后在美國密歇根大學(xué)天然產(chǎn)物領(lǐng)域著名專家David Sherman教授實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，主要從事微生物/真菌天然藥物化學(xué)及生物合成。2019年通過華中科技大學(xué)海外招聘專場被引進(jìn)回國，目前在藥學(xué)院天然藥物化學(xué)與資源評價湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作。
本消息改編自李盛英教授通訊稿，原文鏈接：
https://mp.weixin.qq.com/s/xI68ibozVJ3PnirJNuYMWw
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41929-020-0454-9
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