P450酶LyoI催化聚醚离子载体溶细胞素中氢-2,2′-联呋喃氧化的关键作用及其生物活性调控机制

这篇研究揭示了P450酶LyoI在聚醚离子载体溶细胞素（lysocellin）生物合成中的独特作用，首次发现其催化氢-2,2′-联呋喃（HBF）氧化为半缩酮（HBFO）的关键反应。通过CRISPR-BEST基因敲除和体外酶活验证，证实该氧化修饰显著增强溶细胞素的抗菌活性（MIC 1 μg mL-1）。研究还发现LyoI缺乏保守酸性残基（I237替代D/E）的特殊结构特征，并通过序列相似性网络（SSN）鉴定出200余种非经典P450酶，为新型氧化酶的发现提供了新思路。

　　

P450酶LyoI的独特氧化机制与生物活性调控

引言

聚醚离子载体是一类具有复杂氧化修饰模式的天然产物，其抗菌活性与离子转运能力密切相关。研究团队在溶细胞素（lysocellin）中发现特殊的五元半缩酮结构（HBFO），该结构无法通过常规聚酮环化反应形成，提示存在未知的氧化修饰酶。

溶细胞素生物合成基因簇的解析

通过antiSMASH分析^{Streptomyces longwoodensis}基因组，首次注释了溶细胞素的生物合成基因簇（BGC），包含1个酮还原酶（KR）和2个脱水酶（DH）失活域。预测其通过双环氧化（lyoK）和环化级联（lyoL）形成东部结构，而西部六元半缩酮则直接环化。

CRISPR-BEST筛选锁定关键P450酶

应用链霉菌特异性CRISPR-BEST技术敲除候选基因，发现ΔlyoI突变株产生分子量减少16 Da的pre-lysocellin。回补实验证实lyoI可恢复溶细胞素生产，而ΔlyoJ无影响。

结构确证与活性关联

核磁共振（NMR）分析显示pre-lysocellin（C₃₄H₆₀O₉）与lysocellin差异仅在于C17位羟基缺失。生物活性检测显示：

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  溶细胞素对革兰氏阳性菌MIC达1 μg mL^-1，而pre-lysocellin活性降低>32倍

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  细胞成像（Cell Painting）显示溶细胞素引发典型离子载体表型（线粒体探针信号增强）

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  晶体结构揭示半缩酮羟基直接参与离子配位

LyoI的酶学特性与结构基础

体外实验证实LyoI能在12分钟内完全转化pre-lysocellin，但对离子霉素等类似物无活性。序列分析发现其保守"酸-醇对"中的酸性残基被异亮氨酸替代（I237），突变实验显示该变异对催化不可或缺。

非经典P450酶的生物勘探

通过序列相似性网络（SSN）发现：

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  LyoI所属簇（LII）含4个同源酶，均与溶细胞素样BGC相邻

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  17个SSN簇（155个蛋白）具有相同"AGHITT"基序

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  对比单氧合酶MonD（含经典"ET"基序）的SSN未发现类似变异

研究意义

该工作不仅阐明了聚醚离子载体生物活性的关键氧化开关，更揭示了P450酶催化机制的新范式。I237变异体的发现为定向进化非经典P450提供了新靶点，其底物特异性也为复杂分子后期修饰提供了工具酶。