Nature Communications | 上海交大蒋明课题组解析醌那霉素生物合成中氮氮键的上载机制

近日，上海交通大学微生物代谢国家重点实验室邓子新院士团队蒋明副研究员课题组在国际权威期刊《Nature Communications》上在线发表了题为“O-methyltransferase-like enzyme catalyzed diazo installation in polyketide biosynthesis”的研究论文。该研究首次解析了醌那霉素生物合成中氮氮键的上载机制。上海交通大学博士研究生赵宇春和毕业生刘向阳博士为该论文的共同第一作者，蒋明副研究员为通讯作者。

氮氮键是天然产物重要的功能基团，它可以通过不同的形式如重氮、肼、腙、偶氮、吡啶等嵌入化合物结构中，从而赋予化合物独特的化学结构和多样的生物活性。但目前关于氮氮键的生物合成报道非常少，其生物合成机制也是研究热点之一。醌那霉素为II型聚酮化合物，重氮键是其重要的功能基团之一，赋予其良好的抗菌和抗肿瘤活性，其独特的化学结构和生理活性吸引了众多研究人员的兴趣。前期谷氨酰肼已被证实是重氮键中两个氮原子的供体，但重氮键的形成机制尚不清楚。

图1 l-gluN2H3两种可能的上载机制

本研究首先结合体内遗传和体外生化发现一个不依赖SAM的氧甲基转移酶家族蛋白AlpH负责醌那霉素生物合成中谷氨酰肼的上载；在体外反应中成功鉴定了谷氨酰肼上载后的关键中间体5，并首次实现了含有重氮键的生物合成中间体prekinamycin的体外重构。随后通过设计分步反应和体外竞争实验确定AlpH催化谷氨酰肼的上载可能为曼尼希反应。最后成功解析了AlpH的晶体结构，并通过分子对接、分子动力学模拟和体外点突变实验找到了AlpH关键催化位点并推测了其催化机制。

综上所述，本研究首次在体外成功重构了醌那霉素重氮键的生物合成，并解析了其重氮键生物合成中关键步骤的酶催化机制。AlpH的发现不仅扩大了氧甲基转移酶家族蛋白功能的多样性，也为通过基因组挖掘和合成生物学发现与开发新型重氮化合物奠定了坚实的基础。

图2 AlpH与反应中间体9的分子对接结果

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41062-7