Studies on the Biosynthesis of Terpenoidal Compounds Produced by Actinomycetes. 2. Biosynthesis of Carquinostatin B via the Non-mevalonate Pathway in Streptomyces exfoliatus
- 作者
- Nobuyo Orihara, Kazuo Furihata, Haruo Seto
- 单位
- Institute of Molecular and Cellular Biosciences, The University of Tokyo; Division of Agriculture and Agricultural Life Sciences, The University of Tokyo
- 杂志
- The Journal of Antibiotics（1997）
- DOI
- 10.7164/antibiotics.50.979
- 所属领域
- 天然产物生物合成
- 关键词
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解决的核心问题
确定链霉菌 S. exfoliatus 中 carquinostatin B 的生物合成途径，特别是异戊烯基二磷酸（IPP）是通过甲羟戊酸途径还是非甲羟戊酸途径形成，以及咔唑骨架的碳来源。
研究策略
采用 [1-13C]乙酸、[2-13C]乙酸和 [1-13C]葡萄糖分别喂入发酵培养，分离 carquinostatin B 后通过13C NMR 分析各碳原子富集情况，推断其生物合成途径。
核心内容
本研究以链霉菌 Streptomyces exfoliatus 2419-SVT2 为对象，通过向发酵培养中分别添加 [1-13C]乙酸、[2-13C]乙酸和 [1-13C]葡萄糖，分离产物 carquinostatin B 后利用 13C NMR 分析各碳原子的富集模式，以阐明其生物合成途径。结果显示，[1-13C]乙酸使 C-1 和 C-11 信号增强约 6.5 倍和 5.5 倍，[2-13C]乙酸使 C-10 和 C-12 富集约 3.0 倍和 5.5 倍，但乙酸标记未进入异戊二烯侧链；而 [1-13C]葡萄糖使 C-14 和 C-17 分别富集约 5.4 倍和 4.7 倍。由此证明该菌合成异戊烯基二磷酸（IPP）专一依赖非甲羟戊酸途径，而非甲羟戊酸途径；同时咔唑骨架碳的标记模式符合莽草酸途径/色氨酸来源。该研究首次在链霉菌中证实非甲羟戊酸途径用于 IPP 合成，为继 pentalenolactone 之后的第二个实例，深化了对放线菌类异戊二烯代谢多样性的理解。
创新点
1. 首次通过13C标记实验证明 S. exfoliatus 专一利用非甲羟戊酸途径合成 IPP，是链霉菌中非甲羟戊酸途径的第二例；2. 阐明了 carquinostatin B 的咔唑骨架来自莽草酸途径/色氨酸，异戊二烯侧链来自非甲羟戊酸途径。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces exfoliatus 2419-SVT2 | 非甲羟戊酸途径 | — | — | 催化 | 合成异戊烯基二磷酸（IPP），为 carquinostatin B 提供异戊二烯侧链前体 |
| Streptomyces exfoliatus 2419-SVT2 | 莽草酸途径 | — | — | 催化 | 由磷酸烯醇式丙酮酸和赤藓糖-4-磷酸合成色氨酸，进而形成咔唑骨架 |
| Streptomyces exfoliatus 2419-SVT2 | 甲羟戊酸途径 | — | — | 催化 | 经13C标记实验证明该途径未参与 carquinostatin B 的 IPP 合成 |
关键发现
- 用 [1-13C]乙酸喂养使 carquinostatin B 的 C-1 和 C-11 信号强度分别增加约
- 5 倍和
- 5 倍；[2-13C]乙酸使 C-10 和 C-12 分别富集约
- 0 倍和
- 5 倍；[1-13C]葡萄糖使 C-14 和 C-17 分别富集约
- 4 倍和
- 7 倍。乙酸标记未进入异戊二烯侧链，而葡萄糖标记进入 C-14、C-17 等位置，证明 IPP 由非甲羟戊酸途径合成；咔唑骨架中 C-4、C-5、C-8a、C-9a 的标记模式符合莽草酸途径。
研究结论
S. exfoliatus 2419-SVT2 在合成类异戊二烯单元 IPP 时专一使用非甲羟戊酸途径，而非甲羟戊酸途径；这是继 pentalenolactone 之后第二个利用非甲羟戊酸途径合成 IPP 的链霉菌实例。