11月23日，國際化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Journal of the American Chemical Society（JACS, IF=16.383）在線發(fā)表了我校中藥學(xué)院董廖斌教授團(tuán)隊的最新研究成果Discovery, structure, and mechanism of a class II sesquiterpene cyclase。2022級博士研究生潘興明和2020級碩士研究生杜雯煜為本文的共同第一作者，董廖斌教授、南京大學(xué)張博副教授、美國佛羅里達(dá)大學(xué)Jeffrey D. Rudolf助理教授為本文的通訊作者，中國藥科大學(xué)為本文第一通訊單位。
萜類天然產(chǎn)物作為自然界數(shù)量最多，結(jié)構(gòu)最多樣化的天然產(chǎn)物家族，廣泛存在于各種生命形式中，發(fā)揮著舉足輕重的作用。絕大部分萜類天然產(chǎn)物來自于共同的線性焦磷酸前體，而萜類環(huán)化酶負(fù)責(zé)環(huán)化該線性前體生成多環(huán)結(jié)構(gòu)的萜類天然產(chǎn)物。根據(jù)萜類環(huán)化酶不同的催化機(jī)制及蛋白結(jié)構(gòu)，分為I型與II型萜類環(huán)化酶。I型萜類環(huán)化酶的晶體結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的鎂離子結(jié)合位點(diǎn)經(jīng)過數(shù)十年的研究已得了詳細(xì)的解析；而對應(yīng)的II型萜類環(huán)化酶，由于僅獲得7個蛋白結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)的鎂離子結(jié)合位點(diǎn)尚未闡明，嚴(yán)重阻礙了后續(xù)深入的機(jī)制研究。
該研究首先通過基因組挖掘技術(shù)靶定到兩株放線菌中的SsDMS及ScDMS蛋白，二者均能在體內(nèi)產(chǎn)生drimenol倍半萜天然產(chǎn)物，并經(jīng)過體外酶學(xué)實(shí)驗證實(shí)其為II型萜類環(huán)化酶。進(jìn)一步利用蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)，得到高分辨率的SsDMS (PDB-ID: 7XQ4, 1.58 ?)，其具有經(jīng)典II型萜類環(huán)化酶的βγ雙結(jié)構(gòu)域。本工作還獲得了4個不同的蛋白質(zhì)-底物復(fù)合物結(jié)構(gòu) (PDB-IDs: 7XQZ, 7XRA, 7XRU, 7XR7)。通過分析復(fù)合物的電子云密度圖，首次發(fā)現(xiàn)了II型萜類環(huán)化酶的金屬鎂離子結(jié)合位點(diǎn)——位于線性法尼基焦磷酸底物的焦磷酸基團(tuán)以及E169谷氨酸殘基之間。對比apo-SsDMS及其復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)R132, W165/L166, E169均發(fā)生了一定的位移，分別承擔(dān)了“焦磷酸感應(yīng)器”，“守門人”及“鎂離子結(jié)合氨基酸”的角色。最后，通過定點(diǎn)突變多個關(guān)鍵殘基位點(diǎn)，詳細(xì)闡明了這一特殊的II型倍半萜環(huán)化酶的催化機(jī)制。
該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（NSFC82073746）、國家青年人才項目、“江蘇特聘教授”以及“雙一流”大學(xué)項目等資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c09412
（供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫人：王增援，審稿人：黃欣、鄭詩翌）
