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SSB | 生物合成新型C₆分子2-methyl-DMAPP拓展萜类多样性
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萜类天然产物结构多样，功能丰富，是药物、香料、能源等功能物质的重要来源。尽管萜类结构种类繁多，在自然界中，其生物合成基于两个基本的C5分子：异戊烯二磷酸（isopentenyl diphosphate，IPP）和二甲基烯丙基二磷酸（dimethylallyl diphosphate，DMAPP）。开发新型的基本构建单元，是拓展萜类结构和功能多样性的重要策略。武汉大学生命科学学院甘菲课题组对来自于 Streptomyces coelicolor 的香叶基二磷酸甲基转移酶（geranyl diphosphate C2-methyltransferase，ScGPPC2MT）进行了功能改造，获得了以DMAPP为底物生成C6分子2-methyl-DMAPP的突变体，并验证了2-methyl-DMAPP可作为基础构建模块用于合成新型的萜类骨架。该研究“Engineered geranyl diphosphate methyltransferase produces 2-methyl-dimethylallyl diphosphate as a noncanonical C6 unit for terpenoid biosynthesis”发表在Synthetic and Systems Biotechnology期刊上。
示意图
研究内容简介
基于ScGPPC2MT的晶体结构和其催化天然底物GPP甲基化的机制，结合其与以IPP为底物的甲基转移酶（IPPMT）序列比对分析发现，ScGPPC2MT底物结合口袋中距离GPP烃尾3.9 Å（图1A）的G202对应于IPPMT底物结合口袋中具有较大侧链基团的氨基酸残基Trp。通过对G202位点进行饱和突变以调整ScGPPC2MT底物结合口袋的大小使其适配DMAPP，发现G202M突变体表现出甲基化DMAPP的相对最高活性。通过结构模拟ScGPPC2MT G202M与DMAPP的结合，发现Met的非极性线性侧链能够较好地维持底物结合口袋的局部疏水环境，同时，其与DMAPP烃尾的距离为3.6Å（图1B），这与GPP烃尾和G202间距的3.9 Å相近，使得该蛋白变体能较好地锚定DMAPP，同时缩短的烃尾结合通道也使得其无法再催化GPP。这说明G202是影响底物特异性的关键位点。
图1 功能改造ScGPPC2MT合成2-methyl-DMAPP
（A）ScGPPC2MT与天然底物GPP复合物的结构(PDB:3VC2)。（B） ScGPPC2MT G202M-F222Y与DMAPP复合的模型结构。其中G202M和F222Y被标记为蓝色。（C） ScGPPC2MT突变体活性检测。（D和E） 2-methyl-prenol标准品（D）和在大肠杆菌胞内合成产物（E）的质谱图。
图2 基于新型C6构建单元2-methyl-DMAPP的萜类生物合成
ScGPPC2MT G202M-F222Y将DMAPP转化为2-methyl-DMAPP（1a），其作为基本构建模块参与合成6-methyl-GPP （3a）、10-methyl-E, E-FPP（4a）、14-methyl-E, E, E-GGPP（5a）、6-methyl-NPP（6a）、10-methyl-Z,Z-FPP（7a）、C11（8，9）和C16萜类化合物（10，11）。大肠杆菌内源性磷酸酶可将戊二烯焦磷酸转化为相应的醇衍生物（如2-methyl-prenol，1b）。
Engineered geranyl diphosphate methyltransferase produces 2-methyl-dimethylallyl diphosphate as a noncanonical C6 unit for terpenoid biosynthesis
Chen-Yang Xia, Bo-Wen Lu, Ji-Yun Cui, Bai-Yang Wang, Yue-Yang Sun, Fei Gan.
https://doi.org/10.1016/j.synbio.2022.12.002
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Synthetic and Systems Biotechnology是高质量国际开放获取期刊，创刊于2016年。期刊覆盖合成生物学、系统生物学以及生物医药等领域。期刊现已被SCIE、EMBASE、PubMed Central、Scopus、CSCD等重要数据库收录。
2021 Impact Factor: 4.692; 5-Year Impact Factor: 5.23; JCR分区Q2
2021 CiteScore: 6.60, 位列学科Q1区
2022中科院分区生物学大类Q2区；生物工程与应用微生物小类Q1区
入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目
https://blog.sciencenet.cn/blog-3496796-1372291.html
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