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文章簡介

INTRODUCTION

Hapalindole型生物堿是真枝藻目藍(lán)綠藻（Stigonematalean）所產(chǎn)生的次級代謝物，是有多個手性中心的多環(huán)系統(tǒng)（吲哚及單萜環(huán)化組成）天然化合物，具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗結(jié)核桿菌、殺蟲、抗有絲分裂及抗腫瘤等多種生物學(xué)活性。根據(jù)多環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為hapalindole、ambiguine、fischerindole及welwitindolinone四類。

由于Hapalindole型生物堿結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和獨(dú)特的生物學(xué)特性，有許多研究都致力于這些化合物的合成。然而，目前關(guān)于這些生物堿的生物生成——特別是四環(huán)核心系統(tǒng)的構(gòu)建，人們還所知甚少。最初的報(bào)道表明Hapalindoles來源于cis－吲哚異腈和牻牛兒基焦磷酸（GPP），但是對于多環(huán)系統(tǒng)的生物起源仍然不清楚。

美國密西根大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的Sean A． Newmister等人，此前發(fā)現(xiàn)了一種在Hapalindoles生物合成過程中特別的中間體——一個異戊烯基化的假吲哚，它經(jīng)歷了Cope重排，然后再進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)生成產(chǎn)物12－epi－h(huán)apalindole U。Cope重排是一種［3，3］－sigma遷移重排，即［3，3］－sigma遷移的周環(huán)反應(yīng)。這種周環(huán)反應(yīng)（pericyclic reaction）是通過形成過渡態(tài)一步完成、反應(yīng)中無中間體生成的多中心反應(yīng)。雖然這種周環(huán)反應(yīng)在有機(jī)合成中很普遍，但在生物合成轉(zhuǎn)化中卻很少發(fā)現(xiàn)。這種多環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由許多stig環(huán)化酶催化合成的，雖然這些環(huán)化酶之間的同源性很高，但是產(chǎn)物卻差異較大。對于12－epi－h(huán)apalindole U的這一復(fù)雜生成途徑的研究，擴(kuò)展了人們對stig環(huán)化酶的認(rèn)識，展示了這一類生物堿復(fù)雜多樣的構(gòu)型，對于產(chǎn)物立體化學(xué)性和區(qū)域選擇性機(jī)理相關(guān)研究也具有非常重要的意義。在此基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步對其中重要的stig環(huán)化酶的構(gòu)效關(guān)系展開研究，并于2018年在《Nature Chemical Biology》（IF＝ 13．99，生物一區(qū)）發(fā)表了題為“Structural basis of the Cope rearrangement and cyclization in hapalindole biogenesis”的文章。

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所用到的主要方法

METHODS

1． 結(jié)晶學(xué)方法

2． NMR

3． LC–MS

4． 量子力學(xué)計(jì)算

5． 分子動力學(xué)模擬

6． Autodock VINA

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文章主要內(nèi)容摘要

ABSTRACT

Hapalindole型生物堿是一種藍(lán)藻產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)多樣的天然次級代謝產(chǎn)物，它們具有不同的多環(huán)系統(tǒng)和多種生物活性。這些復(fù)雜的代謝物是由一種生物合成中間體通過Stig環(huán)化酶經(jīng)過三個步驟而產(chǎn)生的：Cope重排、6－exo－trig環(huán)化和親電芳香取代。本文中報(bào)道了一種能在體外催化生成12－epi－h(huán)apalindole U的Stig環(huán)化酶HpiC1的結(jié)構(gòu)。解析出的結(jié)構(gòu)分辨率為1．5埃，結(jié)構(gòu)為二聚體，其中每個單體含有兩個鈣離子，HpiC酶的活性位點(diǎn)位于蛋白質(zhì)二聚體的末端。使用氨基酸突變分析方法和計(jì)算方法，作者揭示了與酸催化的［3，3］－sigma遷移重排有關(guān)的關(guān)鍵氨基酸，以及控制末端親電芳香取代位置的特定決定因素，最終導(dǎo)致了hapalindole到fischerindole生物堿的轉(zhuǎn)變。