Cyanobacterial ent-Sterol-Like Natural Products from a Deviated Ubiquinone Pathway
- 作者
- Philipp Moosmann, Reiko Ueoka, Laura Grauso, Alfonso Mangoni, Brandon I. Morinaka, Muriel Gugger, Jörn Piel
- 单位
- Institut für Mikrobiologie, ETH Zürich; Dipartimento di Farmacia, Università di Napoli Federico II; Institut Pasteur, Collection des Cyanobactéries; Stazione Zoologica Anton Dohrn
- 杂志
- Angew. Chem. Int. Ed.（2017）
- DOI
- 10.1002/anie.201611617
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
海洋动物来源的meroterpene类天然产物产量低且难以获取，其生物合成酶未知，需要寻找可培养细菌作为替代来源。
研究策略
对Scytonema sp. PCC 10023进行基因组挖掘，鉴定merosterol生物合成基因簇；通过LC/HRMS和NMR进行结构鉴定；异源表达MstE并体外表征其环化功能。
研究路线图
核心内容
本研究通过基因组挖掘策略，在蓝细菌Scytonema sp. PCC 10023中鉴定了merosterol生物合成基因簇，首次发现蓝细菌可产生ent-甾醇类meroterpenoids。研究者从该菌株中分离到merosterol A和B两种新化合物，分子式分别为C28H32Cl2O8和C29H34Cl2O8，并通过LC/HRMS和NMR完成结构鉴定。关键创新在于鉴定出萜环化酶MstE，该酶可催化开链前体3-GG-4,5-dihydroxybenzoate环化形成ent-甾醇骨架，但对3-GG-pHB无活性。通过在大肠杆菌中异源表达MstE并体外表征其功能，实现了复杂甾醇骨架的化学酶法合成。活性测试显示，merosterol A对HeLa细胞的IC50为1.8 μM，merosterol B为11.6 μM，但在100 μg/mL浓度下对革兰氏阳性和阴性菌均无抑制活性。该研究揭示了蓝细菌中源自ubiquinone途径偏离的merosterol生物合成途径，MstE为合成ent-甾醇骨架提供了高效酶工具，为获取海洋动物来源的meroterpene类天然产物提供了可培养的微生物替代来源。
创新点
首次发现蓝细菌产生ent-甾醇类meroterpenoids；鉴定萜环化酶MstE，可催化开链前体形成ent-甾醇骨架；通过化学酶法获得复杂甾醇骨架。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Scytonema sp. PCC 10023 | merosterol生物合成 | mstE | MstE | 催化 | 编码萜环化酶，催化前体环化形成ent-甾醇骨架 |
| Scytonema sp. PCC 10023 | merosterol生物合成 | mstC | MstC | 催化 | UbiA型异戊烯基转移酶，催化geranylgeranyl转移到pHB或3,4-dihydroxybenzoate |
| Scytonema sp. PCC 10023 | merosterol生物合成 | mstD | MstD | 催化 | pHB合成酶同源蛋白，参与对羟基苯甲酸合成 |
| Scytonema sp. PCC 10023 | merosterol生物合成 | mstT | MstT | 催化 | DAHP合酶同源蛋白，参与莽草酸途径 |
| Escherichia coli | 异源表达 | mstE | MstE | 催化 | 用于体外生化表征的异源表达宿主 |
关键发现
- 从Scytonema sp. PCC 10023中分离到merosterol A和B，分子式分别为C28H32Cl2O8和C29H34Cl2O8
- MstE可将3-GG-4,5-dihydroxybenzoate环化为化合物11，但对3-GG-pHB无活性
- merosterol A对HeLa细胞IC50=1.8 μM，merosterol B为11.6 μM
- 在100 μg/mL下对革兰氏阳/阴性菌无活性。
研究结论
基因组挖掘揭示蓝细菌可产生与海洋海绵来源相关的merosterol天然产物，其生物合成途径源自ubiquinone途径的偏离；MstE为合成ent-甾醇骨架提供了有效的酶工具。