11月6日，中國科學院上海有機化學研究所劉文課題組在《自然-合成》（Nature Synthesis）上，在線發表了題為Analysis of siderochelin biosynthesis reveals that a type II polyketide synthase catalyses diketide formation的研究論文。該研究報道了以甲基丙二酰輔酶A為羧基底物催化二酮單元形成的新型II型聚酮合酶（PKS），打破了對于II型PKSs延伸單元單一性的認知，豐富了科學家對天然產物和生物學共進化的認知，為聚酮類化合物結構多樣性的發展與應用奠定了基礎。
II型PKSs是多酶復合物，通過催化迭代的脫羧縮合反應形成具有藥理學活性的聚酮類天然產物。目前，已知的II型PKSs均嚴格使用丙二酰輔酶A為延伸單元進行脫羧縮合，卻導致聚酮鏈延伸過程缺乏α-烷基化，限制了該類聚酮天然產物的結構多樣性。
針對上述問題，劉文課題組從CAE和COL中吡啶單元生物合成關鍵酶CaeP1和CaeP2出發，通過基因組挖掘手段確定吡咯聯吡啶類天然產物——絡鐵菌素的生物合成基因簇，并在其中發現特殊的II型PKS。II型PKS催化甲基丙二酰輔酶A與3-羥基吡啶甲酸（3-HPA）發生脫羧縮合，合成吡咯環的二酮結構單元。研究通過基因敲除、同位素喂養和體外生化實驗闡明了該II型PKS的催化邏輯，即腺苷酰化酶催化3-HPA與ATP的反應，生成3-HPA-AMP，并由酰基轉移酶催化其上載至酰基載體蛋白，進而通過硫酯交換反應轉移至酮基合成酶（KS），形成3-HPA-S-KS。同時，同一套酰基轉移酶和酰基載體蛋白還負責甲基丙二酰輔酶A的上載，隨后KS催化上述兩個非丙二酰羧基底物的脫羧縮合。進一步，研究發現，該II型PKS具有底物兼容性和可進化性，可催化α-烷基化修飾各異的延伸單元和環系各異的起始單元以發生脫羧縮合反應，并可以通過定向改造II型PKS中的KS來進一步提高II型PKS底物耐受性。
上述成果報道了以甲基丙二酰輔酶A為延伸單元催化二酮結構形成的新型II型PKS，拓展了這一體系對多種羧基底物的高相容性以及對“非天然/不識別”底物的可進化性。同時，這一成果推進了PKSs酶的研究，加速了聚酮類化合物結構多樣性的發展與應用，為小分子與生物體共進化理論研究提供了新思路。
研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。
論文鏈接
絡鐵菌素生物合成途徑中新型II型聚酮合酶催化的二酮單元形成
本文鏈接：上海有機所在II型聚酮合酶研究方面獲進展http://www.sq15.cn/show-12-57-0.html
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