中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院陳小平研究組與美國(guó)波士頓大學(xué)劉平華實(shí)驗(yàn)室合作，采用生物信息學(xué)及生物化學(xué)等手段，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了鏈孢霉菌(Neurospora crassa)中麥角硫因的生物合成新通路。相關(guān)研究成果已于10月2日發(fā)表在《有機(jī)快報(bào)》(Org. Lett. , 16, 5382−5385)上。
麥角硫因是一種含硫咪唑氨基酸，人體自身不能合成麥角硫因，只能通過其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OCTN1從飲食中攝取，且在特定的人體組織和細(xì)胞中富集。在生物功能方面，麥角硫因被認(rèn)為是一種與細(xì)胞質(zhì)醇及谷胱甘肽類似的一種天然的細(xì)胞內(nèi)抗氧化劑，有研究認(rèn)為其在維持人體紅細(xì)胞的功能并保護(hù)其免受氧化損傷方面起著重要作用，而且對(duì)特定物質(zhì)(如腫瘤化療藥物順鉑)誘發(fā)的神經(jīng)細(xì)胞損傷也有一定的保護(hù)作用。
2010年，Seebeck在恥垢分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis)中發(fā)現(xiàn)了麥角硫因的生物合成通路，分別涉及EgtA，EgtB，EgtC，EgtD和EgtE五個(gè)酶促反應(yīng)步驟。但是，在該通路中，麥角硫因和谷胱甘肽生物合成都要利用γ-谷氨酸-半胱氨酸作為底物，由于谷胱甘肽是細(xì)胞生存必需的且細(xì)胞內(nèi)濃度高達(dá)0.5 mM～10 mM，這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系會(huì)嚴(yán)重影響麥角硫因合成的收率。其次，在該研究中，由于EgtE不能表達(dá), C-S鍵裂解酶活性未被證實(shí)。
合作團(tuán)隊(duì)的生物信息學(xué)和生物化學(xué)分析證實(shí)了鏈孢霉菌中存在一個(gè)更簡(jiǎn)潔的麥角硫因生物合成途徑：鏈孢霉菌中的非血紅素鐵酶Egt1可利用半胱氨酸代替γ-谷氨酸-半胱氨酸作為底物，催化 2 到 4 一步轉(zhuǎn)化(見下圖)。這一發(fā)現(xiàn)不僅把麥角硫因的生物合成途徑縮短了兩步，而且避免了麥角硫因和谷胱甘肽合成之間的相互競(jìng)爭(zhēng)。此外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了鏈孢霉菌中的C-S鍵裂解酶(NCU11365)的體外活性重建，該酶被證實(shí)可催化裂解4的C-S鍵，生成麥角硫因(見下圖)。該研究使得人們?cè)诓痪玫膶砟軌蛲ㄟ^生物代謝工程來大量生產(chǎn)麥角硫因。
該研究在美國(guó)波士頓大學(xué)劉平華實(shí)驗(yàn)室完成，得到了來自美國(guó)NSF(CHE-1309148)及美國(guó)NIH(GM093903)基金的資助。
中美科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)麥角硫因生物合成新通路
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