共生真菌中新型生物活性類固醇生物合成途徑

來自東京大學(xué)藥學(xué)研究院和暨南大學(xué)中藥與天然產(chǎn)物研究所的一組研究人員確定了呋喃類固醇去甲氧基嘧啶的生物合成基因簇，并破譯了其生物合成途徑。

由渥曼青霉素，綠色素和去甲氧基嘧啶代表的呋喃類固醇是一組特殊的真菌衍生的高氧化類固醇，具有額外的呋喃環(huán)。它們是磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的納摩爾效應(yīng)抑制劑，其中渥曼青霉素已被開發(fā)為廣泛用于各種生物學(xué)研究的商業(yè)PI3K抑制劑，例如渥曼青霉素的半合成類似物，PX-866，在II期臨床試驗中治療癌癥的試驗。因此，呋喃類固醇的有趣結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的生物活性在過去的20年中為其全部化學(xué)合成做出了廣泛的努力，并且在2017年最終實現(xiàn)了渥曼青霉素和( - ) - 維生素的立體選擇性合成。然而，與化學(xué)合成進展，

為了鑒定去甲氧基嘧啶的生物合成基因簇，該研究小組對Nodulisporium sp。的全基因組進行了測序。(一種產(chǎn)生去甲氧基嘧啶的共生真菌)，并在基因組中鑒定出總共103種細胞色素P450單加氧酶基因。基因組中的CYP基因簇可能是潛在的靶標(biāo)，因為去甲氧基嘧啶具有高度氧化的結(jié)構(gòu)。對這些基因在基因組中的相對定位的分析揭示了含有兩個或更多個CYP基因的12個CYP簇。

為了確定去甲氧基病毒素的候選基因簇，隨機選擇來自每個基因簇的一個CYP基因，并在去甲氧基病毒素生產(chǎn)和非生產(chǎn)條件下通過逆轉(zhuǎn)錄PCR分析其表達。作為基于CRISPR-Cas9的基因破壞候選基因的結(jié)果，該組鑒定了在該共生真菌中產(chǎn)生去甲氧基嘧啶的基因簇。通過使用米曲霉異源基因表達系統(tǒng)的連續(xù)分析和體外酶促測定進一步證實了每個生物合成步驟并產(chǎn)生了14種生物合成中間體。

中間體的結(jié)構(gòu)活性分析表明，3-酮基，C1β-OH和芳環(huán)C對PI3K抑制很重要。此外，體外研究表明，孕烷側(cè)鏈切割顯著需要三種酶，黃素依賴性Baeyer-Villiger單加氧酶，酯酶和脫氫酶，與哺乳動物細胞中單一CYP介導(dǎo)的過程形成鮮明對比。通過廣泛的生物信息學(xué)分析，我們發(fā)現(xiàn)這些孕烷側(cè)鏈切割途徑廣泛分布于真菌基因組中，并且是真菌王國中保守的甾醇代謝途徑。

該研究為揭示其他呋喃類固醇的生物合成奠定了基礎(chǔ)，并通過工程生物合成擴展了藥學(xué)上重要的呋喃類固醇的化學(xué)多樣性。因為它還建立了共生真菌遺傳操作的平臺，本研究中獲得的知識將為研究植物與共生真菌之間的相互作用開辟道路。

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