百人学者Nature子刊获结构生物学新进展

　　

生物通报道：中科院上海有机所生命有机化学国家重点实验室，加州大学洛杉矶分校的研究人员报道了真菌非核糖体多肽合酶（NRPS）关键功能域（CT）（1.8Å分辨率）和处于活化状态T-CT复合物（2.49Å分辨率）晶体结构，这解释了真菌NRPS中CT功能域为何必须依赖T功能域才发挥作用。

这一研究成果10月18日公布在Nature Chemical Biology杂志上，文章的通讯作者为中科院周佳海研究员和加州大学洛杉矶分校的Yi Tang教授，第一作者是张金儒博士。

由细菌或真菌通过自身代谢合成的天然多肽化合物，例如青霉素、环孢素、棘白霉素类化合物等，许多都具有抗菌或抗肿瘤活性，是国内外新药创制的重要源泉。它们的生物合成途径分为两类，一类通过核糖体来源的多肽进行缩合、修饰及环合，另一类则通过一种具有高度模块化特征的非核糖体多肽合酶（NRPS）将天然或非天然的氨基酸逐一组装起来，这种工作机制兼具高效性和灵活的特异性，保证了天然多肽产物结构的多样性。

对细菌和真菌非核糖体多肽合酶的组装、结构和催化机制研究，有助于深入了解天然多肽化合物的生物合成机制，并使通过组合生物合成手段获得更多有生物活性的多肽化合物成为可能。

早期的研究表明：细菌来源的NRPS途径链状多肽产物的释放与环合是通过硫酯酶(thioesterase, TE)完成的，而真菌NRPS则经常由一个类似于缩合结合域的功能域（CT功能域）来控制多肽产物生物合成的终止与环合。

在这篇文章中，研究人员为了从分子机制上阐明CT功能域如何在控制真菌NRPS生物合成终止过程中发挥作用，分别解析了CT功能域（1.8埃分辨率）和处于活化状态的T-CT复合物（2.49埃分辨率）的晶体结构，发现经典缩合结构域的一段N端环状区域被CT功能域相应的α1螺旋所取代，并导致α2螺旋向活性口袋邻近的接纳位点靠近，从而阻滞了与T功能域相连的底物上载到接纳位点上进行新一轮的肽基延伸反应。

T-CT复合物晶体结构揭示一旦T功能域被活化后，磷酸泛酰巯基将参与稳定T与CT的相互作用，并从CT功能域活性口袋的一侧接纳线状多肽产物，完成最终环状多肽产物的合成与释放。这不仅解释了真菌NRPS中CT功能域为何必须依赖T功能域才发挥作用，也为通过合理设计来产生不同大小与结构的新型大环多肽天然产物提供了技术蓝图。

作者简介：
周佳海

简历：

1972年8月出生于江苏省宝应县。
1989-1993 南京大学少年班，分析化学专业，学士；
1993-1995 南京化工厂，分析技术员；
1995-2000 中科院上海有机所，生物有机专业，博士；
2000-2001 中科院上海有机所，助理研究员；
2001-2006 美国密歇根大学，蛋白质晶体学，博士后；
2006- 中科院上海有机所，蛋白质晶体学与化学生物学， “****”研究员。

研究方向：

周佳海实验室主要从事蛋白质晶体学和化学生物学研究，利用基因工程和生物物理方法特别是高分辨X-射线晶体学技术作为研究手段，以蛋白质或其复合物的结构信息为新药设计和工业酶的改造奠定基础。
我们以生命有机化学国家重点实验室为依托，与美国UCLA、香港科技大学、复旦大学、上海交通大学、浙江大学等多家单位建立了广泛的合作关系，课题研究涉及三个方面：1. 蛋白质的高效制备技术；2. 重要疾病相关蛋白质与生物活性小分子的相互作用； 2.天然生物生物合成与降解途径中的酶学机制。

原文摘要：
Structural basis of nonribosomal peptide macrocyclization in fungi

Nonribosomal peptide synthetases (NRPSs) in fungi biosynthesize important pharmaceutical compounds, including penicillin, cyclosporine and echinocandin. To understand the fungal strategy of forging the macrocyclic peptide linkage, we determined the crystal structures of the terminal condensation-like (CT) domain and the holo thiolation (T)-CT complex of Penicillium aethiopicum TqaA. The first, to our knowledge, structural depiction of the terminal module in a fungal NRPS provides a molecular blueprint for generating new macrocyclic peptide natural products.