兰州大学杨彦龙副教授/中山大学巫瑞波教授/中科院天津工生所侯安伟合作：揭示crinipellins二萜多环骨架的生物合成机制|中山大学|中科院|侯安伟|兰州大学|巫瑞波|杨彦龙|生物合成|研究生

背景

Crinipellins是一类从毛皮伞属（Crinipellis）真菌的发酵液中分离鉴定的二萜天然产物，其结构复杂并且具有独特的的5/5/5/5四环骨架和三个连续的全碳季碳手性中心。生物活性研究表明该类化合物具有抗菌、抗癌、抗炎及促进纤维蛋白溶解等多种生物活性。由于独特的结构和良好的生物活性，国内外已有多个课题组对其进行了全合成。与化学合成相比生物合成通常更加高效简洁，尽管前期研究中化学家已经推测了crinipellins的生物合成途径，但是负责其生物合成的基因、酶及其具体的催化机制长期以来一直是未知的。

概述

图1. Crinipellins生物合成基因簇的鉴定

近日，兰州大学天然产物化学全国重点实验室杨彦龙副教授课题组联合中山大学和中科院天津工业生物技术研究所科研团队，对crinipellins的生物合成进行了深入研究。研究团队首先结合全基因组测序、转录组测序和代谢产物谱分析，鉴定了毛皮伞Crinipellis sp. NF 20081925中负责crinipellins生物合成的基因簇cri。随后，通过异源表达和体外酶催化实验，证实该基因簇编码的二萜合酶CriF能够催化香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）环化，一步构建crinipellins的多环骨架。为了阐明该多环骨架的形成机制，团队结合计算模拟与定点突变实验，确定了CriF中控制产物形成的关键氨基酸，并从其突变体中鉴定出7种脱轨二萜产物（3-9）。在此基础上，团队根据野生型CriF及其突变体的产物谱，提出了CriF催化GGPP环化形成crinipellins多环骨架的完整反应机制。同位素标记实验证实了该机制中关键的1,2-甲基迁移和1,2-氢迁移过程，QM/MM计算结果进一步为这一机制提供了理论支持。

图2. CriF及其突变体的功能分析

这项研究首次揭示了crinipellins多环骨架的形成机制，丰富了二萜天然产物的结构多样性，同时为crinipellins二萜的完整途径解析和工程化改造奠定了坚实基础。相关成果以“Functional Characterization and Cyclization Mechanism of a Diterpene Synthase Responsible for the Biosynthesis of Crinipellins”为题发表于JACS Au（DOI: 10.1021/jacsau.6c00877）。兰州大学博士研究生覃瑶、中山大学博士研究生徐康为与中科院天津工业生物技术研究所硕士研究生谢明辉为论文共同第一作者，中科院天津工业生物技术研究所侯安伟研究员、中山大学巫瑞波教授和兰州大学杨彦龙副教授为论文共同通讯作者。该研究获得了兰州大学阳铭教授和董世辉教授的大力帮助，以及国家自然科学基金面上项目（22477051），甘肃省科技重大专项（23ZDFA015和24ZD13FA017）和兰州大学“文魁基金”的资助。