Enzymatic Formation of Indole-Containing Unnatural Cyclic Polyprenoids by Bacterial Squalene:Hopene Cyclase
- 作者
- Hideya Tanaka, Hiroshi Noguchi, Ikuro Abe
- 单位
- School of Pharmaceutical Sciences and the COE 21 Program, University of Shizuoka; PRESTO, Japan Science and Technology Agency
- 杂志
- Organic Letters（2006）
- DOI
- 10.1021/ol052507q
- 所属领域
- 生物催化
- 关键词
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解决的核心问题
探索细菌角鲨烯-藿烯环化酶（SHC）对含吲哚结构的非天然底物类似物的环化反应，以产生非天然的含吲哚环状多异戊二烯化合物。
研究策略
合成了两种含吲哚的C20异戊二烯单元底物类似物（3-(geranylgeranyl)indole 和 3-(farnesyldimethylallyl)indole），并测试它们被来自Alicyclobacillus acidocaldarius的角鲨烯-藿烯环化酶催化环化的活性。
核心内容
该研究考察了来自阿尔卑斯酸热芽孢杆菌的角鲨烯-藿烯环化酶（SHC）对含吲哚结构非天然底物类似物的环化活性。作者合成了两种含吲哚的C20异戊二烯底物类似物，即3-(geranylgeranyl)indole和3-(farnesyldimethylallyl)indole，并分别测试其酶促环化反应。结果发现前者完全不被识别，未产生任何环化产物；而后者则被高效转化，生成2:1比例的五环产物（1.0 mg，5.0%分离产率）和四环产物（0.5 mg，2.5%分离产率）。酶对该非天然底物严格控制了环化和重排反应的立体化学，产物具有6/6/5稠合三环系和6/6稠合二环系的独特结构。该工作首次证明细菌角鲨烯环化酶可催化含吲哚底物类似物发生多环化反应，且表现出明显底物特异性，为通过底物工程策略生产结构多样的非天然环状多异戊二烯化合物提供了新途径。
创新点
首次报道细菌角鲨烯环化酶催化含吲哚底物类似物的环化，生成非天然的含吲哚多环多异戊二烯产物；发现底物5可被高效转化为2:1的混合产物，且酶严格控制了环化和重排反应的立体化学。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Alicyclobacillus acidocaldarius | 角鲨烯-藿烯环化途径 | — | squalene:hopene cyclase (SHC) | 催化 | 重组表达的野生型酶，催化含吲哚底物类似物的环化反应 |
关键发现
- 3-(geranylgeranyl)indole (4) 不是细菌角鲨烯环化酶的底物，未产生任何环化产物
- 而3-(farnesyldimethylallyl)indole (5) 被高效转化为2:1的混合物，得到五环产物6（1.0 mg，5.0%分离产率）和四环产物7（0.5 mg，2.5%分离产率）。酶对非天然底物严格控制了立体化学，产生具有6/6/5稠合三环系和6/6稠合二环系的非天然产物。
研究结论
细菌角鲨烯-藿烯环化酶对含吲哚的底物类似物表现出明显的底物特异性，底物5能够被环化生成非天然的含吲哚多环多异戊二烯化合物，且酶严格调控环化和重排反应的立体化学。该研究为通过底物工程生产结构多样的非天然天然产物提供了新途径。