近日👴🏻，國際權威期刊The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)在線發表了上海交大微生物代謝國家重點實驗室、EON体育4平台和張江高等研究院瞿旭東團隊成果“An unusual aromatase/cyclase programs the formation of the phenyldimethylanthrone framework in anthrabenzoxocinones and fasamycin”🪭。瞿旭東教授🏵、羅樹坤特別研究員為論文的共同通訊作者🚁，博士生姜凱和碩士生陳旭為本文的共同第一作者。

芳香聚酮是一類結構多樣的天然產物🏨，其豐富的化學多樣性賦予了多種多樣的生物學活性。盡管芳香聚酮的結構和功能種類繁多，但它們都是由延伸單元——丙二酰單酰輔酶A通過II型聚酮合成酶（PKSs）催化產生聚酮鏈。初級的聚酮鏈隨後被芳香化酶/環化酶（ARO/CYCs）環化⚖️，形成基本的芳香骨架🦶🏼🤿。之後，額外的酶催化後修飾反應，如甲基化、羥基化和氧化重排，通過修飾基本骨架進一步豐富結構多樣性。因此，ARO/CYCs控製的基本骨架在結構多樣性的生成中起到了決定性作用👰。

然而，盡管芳香聚酮數量龐大，但僅有大約8種基本骨架，由8種不同類型的ARO/CYCs形成。此外，這些基本骨架通常由連續的共軛芳環組成，需要2到4類ARO/CYCs協同反應。有趣的是，具有高效抗菌活性和多種生物活性的芳香聚酮(+)-anthrabenzoxocinone [(+)-ABX]，(-)-anthrabenzoxocinone [(-)-ABX]和fasamycin（FAS）的獨特結構顯著區別於以往的連續共軛芳環骨架🤛，這強烈暗示了新型ARO/CYCs和全新的生物合成策略的存在🤱🏿。

在本項研究中🏋🏼‍♀️，聯合課題組首先在體外重構了(+)-ABX，(-)-ABX和FAS途徑中共享的PDA骨架的生物合成途徑👐🏽。進一步的體外實驗和體內敲除🤽🏼‍♀️，發現PDA環化過程只需要一種非典型的類TcmI的ARO/CYC（Abx(+)D/Abx(−)D/FasL）和一種甲基轉移酶（MT）（Abx(+)M🏌🏽、Abx(−)M和FasT）就能完成非連續共軛四環芳香結構的環化和芳構化。為了深入理解ARO/CYC獨特的四環環化機製，聯合課題組又解析了Abx(+)D的晶體結構，發現Abx(+)D與其他傳統TcmI型ARO/CYCs相比，具有一個獨特的loop區，允許ACP掛載的聚酮鏈深入活性口袋進行催化♻。最後👐🏿，通過對Abx(+)D活性位點的突變改造🧗🏿‍♂️，並結合分子動力學模擬（MD）分析👏，揭示了關鍵的催化殘基🚣🏼‍♂️，並證實了Abx(+)D是通過活性口袋的構象控製環化反應的化學結果🛀🏽🧝🏿‍♂️。這部分工作不僅在II型芳香聚酮骨架生物合成方式的理解上實現了大的突破🔟，還為未來產生新型ARO/CYC和芳香聚酮骨架提供了重要思路。

圖 1. II型芳香聚酮生物合成中的基本骨架和ARO/CYCs

該研究工作受到了國家重點研發項目(2018YFA0900400)，國家自然科學基金面上項目（31970054），上海市優秀學術帶頭人項目（22XD1421300）以及上海市自然科學基金項目（23ZR1432800）的支持。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321722121