Analysis of vitamin D receptor binding affinities of enzymatically synthesized triterpenes including ambrein and unnatural oncoreoids
- 作者
- Daijiro Ueda, Natsu Matsuda, Yuka Takaba, Nami Hirai, Mao Inoue, Taichi Kameya, Tohru Abe, Nao Tagaya, Yasuhiro Isogai, Yoshito Kakihara, Florian Bartels, Mathias Christmann, Tetsuro Shinada, Kaori Yasuda, Tsutomu Sato
- 杂志
- Scientific Reports（2024）
- DOI
- 10.1038/s41598-024-52013-7
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
探究龙涎香主要成分安布雷因（ambrein）是否通过结合维生素D受体（VDR）发挥部分生物活性，并寻找具有更高VDR亲和力的酶法合成非天然oncoreoids。
研究策略
测定安布雷因及多种天然/非天然三萜的VDR结合亲和力，进行结构-活性关系分析，结合破骨细胞分化实验与分子对接模拟；同时利用BmeTC野生型及突变体酶合成新的非天然oncoreoids并测定其VDR亲和力。
核心内容
该研究系统探究了龙涎香主要成分安布雷因及多种天然与非天然三萜类化合物对维生素D受体（VDR）的结合亲和力，并试图阐明其生物活性是否经由VDR介导。作者通过结合实验测定各化合物的VDR结合EC50，开展结构-活性关系分析，并辅以破骨细胞分化实验和分子对接模拟；同时利用BmeTC野生型及定点突变酶在工程大肠杆菌中合成新的非天然oncoreoids，再逐一检测其VDR亲和力。结果显示，安布雷因的VDR结合EC50为112±29 μM，远高于活性维生素D3（0.00064±0.00022 μM），且其促进破骨细胞分化的活性并非由VDR介导；通过BmeTC突变体酶法合成了多个非天然oncoreoids，其中化合物6的VDR亲和力比安布雷因高10倍，化合物10、11、13、14、15也均表现出更高亲和力。突变体Y167A/D373C以底物4生成安布雷因的比例高达90.0%，L596A产生化合物13的比例为70.7%。该工作首次证明安布雷因可结合VDR但非全部活性经此通路，同时表明酶法合成的非天然oncoreoids可作为开发更强VDR亲和力药物的先导化合物，拓展了三萜环化酶在生物活性分子合成中的应用。
创新点
首次证明安布雷因可结合VDR但其促进破骨细胞分化的活性并非经VDR介导；利用BmeTC突变酶合成了6个非天然oncoreoids，其中多个化合物具有比安布雷因更高的VDR亲和力。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli BL21(DE3) | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | BmeTC | BmeTC（野生型） | 催化 | 异源表达BmeTC，催化角鲨烯从两端环化生成oncoreoids |
| E. coli BL21(DE3) | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | BmeTC（突变体） | BmeTC Y167A/D373C | 催化 | 安布雷因合酶，以底物4高效生成安布雷因（比例90.0%） |
| E. coli BL21(DE3) | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | BmeTC（突变体） | BmeTC L596A | 催化 | 以底物4生成13的比例达70.7%，以底物2生成10和11等 |
| E. coli BL21(DE3) | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | BmeTC（突变体） | BmeTC Y167A | 催化 | 产生异常产物11和12，比例分别为4.8%和3.0% |
| — | 维生素D信号通路 | VDR | 维生素D受体（VDR） | 调控 | 核受体，配体激活转录因子，介导维生素D生物活性 |
| — | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | SHC | 角鲨烯-藿烯环化酶（SHC） | 催化 | 突变体用于产生非天然底物4 |
关键发现
- 安布雷因（1）的VDR结合EC50为112±29 μM，远高于活性维生素D3（VD-III）的0.00064±0.00022 μM
- 化合物6的VDR亲和力比安布雷因高10倍
- 新合成的非天然oncoreoids 10、11、13、14、15均表现出比安布雷因更高的VDR亲和力
- BmeTC突变体Y167A/D373C以底物4可高效生成安布雷因（产物比例90.0%），而L596A产生化合物13的比例达70.7%
- Y167A突变体产生11和12的比例分别为4.8%和3.0%。
研究结论
龙涎香和安布雷因的部分生物活性可能经由VDR介导，但并非全部；酶法合成的非天然oncoreoids可作为开发更强VDR亲和力药物的先导化合物，拓宽了三萜环化酶在生物活性分子合成中的应用。