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文章簡介

INTRODUCTION

Hapalindole型生物堿是真枝藻目藍綠藻（Stigonematalean）所產生的次級代謝物，是有多個手性中心的多環(huán)系統(tǒng)（吲哚及單萜環(huán)化組成）天然化合物，具有抗細菌、抗真菌、抗結核桿菌、殺蟲、抗有絲分裂及抗腫瘤等多種生物學活性。根據多環(huán)系統(tǒng)結構可分為hapalindole、ambiguine、fischerindole及welwitindolinone四類。

由于Hapalindole型生物堿結構的復雜性和獨特的生物學特性，有許多研究都致力于這些化合物的合成。然而，目前關于這些生物堿的生物生成——特別是四環(huán)核心系統(tǒng)的構建，人們還所知甚少。最初的報道表明Hapalindoles來源于cis－吲哚異腈和牻牛兒基焦磷酸（GPP），但是對于多環(huán)系統(tǒng)的生物起源仍然不清楚。

美國密西根大學生命科學學院的Sean A． Newmister等人，此前發(fā)現(xiàn)了一種在Hapalindoles生物合成過程中特別的中間體——一個異戊烯基化的假吲哚，它經歷了Cope重排，然后再進行環(huán)化反應生成產物12－epi－h(huán)apalindole U。Cope重排是一種［3，3］－sigma遷移重排，即［3，3］－sigma遷移的周環(huán)反應。這種周環(huán)反應（pericyclic reaction）是通過形成過渡態(tài)一步完成、反應中無中間體生成的多中心反應。雖然這種周環(huán)反應在有機合成中很普遍，但在生物合成轉化中卻很少發(fā)現(xiàn)。這種多環(huán)系統(tǒng)結構是由許多stig環(huán)化酶催化合成的，雖然這些環(huán)化酶之間的同源性很高，但是產物卻差異較大。對于12－epi－h(huán)apalindole U的這一復雜生成途徑的研究，擴展了人們對stig環(huán)化酶的認識，展示了這一類生物堿復雜多樣的構型，對于產物立體化學性和區(qū)域選擇性機理相關研究也具有非常重要的意義。在此基礎上，他們進一步對其中重要的stig環(huán)化酶的構效關系展開研究，并于2018年在《Nature Chemical Biology》（IF＝ 13．99，生物一區(qū)）發(fā)表了題為“Structural basis of the Cope rearrangement and cyclization in hapalindole biogenesis”的文章。

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所用到的主要方法

METHODS

1． 結晶學方法

2． NMR

3． LC–MS

4． 量子力學計算

5． 分子動力學模擬

6． Autodock VINA

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文章主要內容摘要

ABSTRACT

Hapalindole型生物堿是一種藍藻產生的結構多樣的天然次級代謝產物，它們具有不同的多環(huán)系統(tǒng)和多種生物活性。這些復雜的代謝物是由一種生物合成中間體通過Stig環(huán)化酶經過三個步驟而產生的：Cope重排、6－exo－trig環(huán)化和親電芳香取代。本文中報道了一種能在體外催化生成12－epi－h(huán)apalindole U的Stig環(huán)化酶HpiC1的結構。解析出的結構分辨率為1．5埃，結構為二聚體，其中每個單體含有兩個鈣離子，HpiC酶的活性位點位于蛋白質二聚體的末端。使用氨基酸突變分析方法和計算方法，作者揭示了與酸催化的［3，3］－sigma遷移重排有關的關鍵氨基酸，以及控制末端親電芳香取代位置的特定決定因素，最終導致了hapalindole到fischerindole生物堿的轉變。