李文利教授团队在肉桂酰类药源分子生物合成机制研究方面取得新进展

近日，重点实验室李文利教授团队在《Angewandte Chemie International Edition》上在线发表了题为“A Versatile Thioesterase Involved in Dimerization during Cinnamoyl Lipid Biosynthesis”的研究论文，通过阐明一个独特硫酯酶基因多功能作用分子机制，解析了肉桂酰类活性分子新颖的二聚化生物合成过程。化学与药学院博士后邓梓荣为论文第一作者，李文利教授为论文通讯作者。

自然界中二聚体化合物的生物活性往往优于单体化合物，因此，二聚体天然产物得到了药物化学、药理学等研究者越来越多的青睐，阐明二聚化分子组装机制对于二聚体药源分子的合成生物学研究具有重要意义。肉桂酰基团是重要的活性天然产物结构单元，近年来少量含有肉桂酰基团的化合物被发现，例如skyllamycin、kitacinnamycin、atrovimycin、youssoufene等，均具有优良的生物活性。其中，youssoufene A1（1）具有一个独特的去芳香碳桥二聚体骨架，与其单体化合物相比，其抗多重耐药菌Enterococcus faecalis活性显著提高。但是，去芳香二聚化生物合成过程仍不清楚。

研究人员发现，youssoufene生物合成基因簇中的ysfF基因是一个独特的“gene-within-gene”，能够编码两个蛋白：含双功能结构域（α/β-hydrolase和4-HBT like）的完整YsfF和只含4-HBT like结构域的YsfFHBT。为了解析ysfF的功能，作者首先构建了不同版本的ysfF突变株，结果显示YsfF的两个功能结构域都具有硫酯酶活性。通过体外重构实验，研究人员发现YsfFHBT以及YsfF均可以完成苯环形成所必需的6π-电环化反应。有意思的是，体内标记追踪实验显示二聚化是一个发生在载体蛋白上的线上组装过程，体外重构实验表明YsfF的两个功能结构域和环化酶YsfX共同参与了二聚体形成。进一步，通过同源建模、分子对接，结合一系列定点突变实验，阐明了YsfF中N301、E483和H566为进行6π-电环化反应及二聚化过程的关键残基，N301和E483则负责水解反应。从而，揭示了多功能硫酯酶YsfF发挥6π-电环化、二聚化和水解作用的分子机制。

以上研究结果加深了我们对硫酯酶家族多功能性的理解，体现了自然界中“一个基因——多个功能”的奇妙现象；同时，丰富了我们对活性分子二聚化生物合成过程的认识，为构筑肉桂酰二聚体药源分子奠定了重要的理论基础。

该研究工作受到了国家自然科学基金，陕西省创新团队等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202402010