微生物所王斌团队揭示迭代式I型聚酮合酶的产物编程机制

聚酮类天然产物是抗生素、抗肿瘤药物等重要生物活性分子的重要来源，其复杂碳骨架主要由I型聚酮合酶（T1PKS）催化合成。与装配线式T1PKS依靠多个模块按顺序完成链延伸和修饰不同，迭代式I型聚酮合酶（iT1PKS）反复使用同一套催化结构域执行多轮反应。因此，在缺乏固定“装配线”的情况下，iT1PKS如何准确控制链长、双键位置与修饰方式，并最终生成特定产物，是聚酮生物合成领域长期关注的科学问题。

近日，中国科学院微生物研究所王斌团队在ACS Catalysis发表题为“Hard-Wired Domain Specificity Programs an Iterative Type I Polyketide Synthase”的研究论文。该研究选取能够合成独特β,γ-多烯结构的iT1PKS AlnB为模型，整合异源表达、体外酶学重构、合成底物模拟物示踪和结构建模等手段，系统解析了脱水酶/烯酰异构酶（DH/EI）、烯酰还原酶（ER）、硫酯酶（TE）和酮基合酶（KS）等核心结构域在迭代催化中的协同作用，并提出了“trigger-gatekeeper-retainer-selector”编程模型。

研究发现，AlnB合成β,γ-多烯产物主要通过多个结构域对低丰度、非优势中间体去向的连续选择与固定来实现。DH/EI首先产生微量β,γ-不饱和中间体，ER通过链长偏好限制还原反应，TE水解活性很低避免中间体过早释放，KS结构域严格选择构型匹配的β,γ-中间体进入后续碳链延伸。由此，原本占比极低的中间体被逐步保留、放大并导入下游反应，最终形成通向β,γ-多烯产物的主合成路径。

该研究将抽象的iT1PKS产物编程问题具体化为“结构域选择性”和“中间体去向控制”两大问题，为理解iT1PKS的程序化机制提供了可实验检验的理论模型，也为未来基于结构域底物选择性的T1PKS重编程和新型聚酮类分子定制化设计提供了理论支撑。

AlnB催化合成β,γ-多烯结构的编程规则

中国科学院微生物研究所博士研究生陈冰和硕士研究生申晓倩为该论文共同第一作者，王斌研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金和北京市科技计划等项目资助。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.6c03534