酮基还原酶和酰基载体蛋白在聚酮合成中的相互作用解析

批准号:
31770068
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
郑舰艇
依托单位:
学科分类:
C0102.微生物生理与生化
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王蕾、张法、张露允、刘宸光、李海伟
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中文摘要
模块化聚酮合酶(PKS)是功能强大的生物合成工厂,催化合成结构复杂、活性多样的聚酮次级代谢产物。生物合成研究表明,酮基还原酶(KR)和酰基载体蛋白(ACP)结构域相互协作共同决定新生聚酮链α-甲基和β-羟基手性中心的立体构型。前期工作中我们解析了不同类型KR的晶体结构,并通过功能分析鉴定其催化中心影响酮基还原产物立体构型的关键位点,但ACP如何通过蛋白相互作用影响KR的催化效率和立体特异性仍不清楚。本研究中我们将1)通过基于催化机制的共价交联获得KR和ACP的稳定复合物;2)解析复合物的晶体结构,鉴定参与结构域间蛋白相互作用的位点,揭示ACP结合引起的KR催化中心构象变化,比较不同类型KR和ACP之间的结合位点的差异;3)定点突变上述结构分析确定的关键位点,体外功能分析验证突变对酮基还原反应的影响;4)对PKS的KR催化中心及KR和ACP相互作用的位点进行突变,实现产物手性中心的构型翻转。
英文摘要
Modular polyketide synthases (PKSs) are versatile biosynthetic assembly lines responsible for the synthesis of polyketide secondary metabolites with complicated structures and diverse bioactivities. During the biosynthesis of polyketides, the ketoreductase (KR) and acyl carrier protein (ACP) domains cooperate with each other to set the stereochemistry of α-methyl and β-hydroxyl groups of nascent polyketide chains. In previous research, we have solved crystal structures of different type of KRs and identified key active site residues that affect the stereochemistry of reduced products, whereas how ACPs affect the efficiency and stereospecificity of KRs by protein-protein interactions is still unclear. In this proposal, we will focus on 1) preparing stable KR-ACP complexes by mechanism based cross-linking; 2) solving the crystal structures of protein complexes to identify key residues involved in KR-ACP interactions, to reveal the structural alterations of active sites of KRs upon binding of ACPs, and to compare the difference of ACP binding sites of various KRs; 3) verifying the effects of these residues on ketoreduction reactions by site-directed mutagenesis and in vitro functional assays; and 4) inverting the stereochemistry of polyketides by engineering the KR active sites and the interaction sites between KRs and ACPs.
聚酮合酶(PKS)是由多个催化结构域组成的复杂合成机器。结构域之间的蛋白相互作用对PKS正常行使催化功能非常重要。例如酮还原酶(KR)和酰基载体蛋白(ACP)间的相互作用影响还原产物的立体构型,但这种蛋白相互作用是瞬间的弱相互作用,难以捕捉。为了制备KR和ACP的稳定复合物,突变KR催化中心的丝氨酸为半胱氨酸。利用马来酰亚胺类交联剂将该半胱氨酸的巯基与ACP的磷酸泛酰巯基乙胺(Ppant)末端的巯基共价连接,获得KR-ACP的稳定复合物。在PKS模块中KR和ACP之间由柔性的肽段连接,为研究KR和ACP之间的相互作用,在KR和ACP表面引入半胱氨酸突变,用Cy3和Cy5进行标记。荧光共振能量转移(FRET)分析表明,apo ACP装载Ppant或底物后能量转移明显增强,说明KR和ACP间的相互作用增强。AT在PKS模块中负责选择合成前体,并将其装载到ACP上,二者间的蛋白相互作用影响底物的利用。利用发展的共价交联方法制备了AT-ACP的复合物,并解析了复合物的晶体结构,该结构揭示了PKS模块中AT和ACP结构域间相互作用的界面,并用定点突变进行了验证,为理性设计模块化PKS奠定了基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Substrate-bound structures of a ketoreductase from amphotericin modular polyketide synthase.
两性霉素模块化聚酮合酶酮还原酶的底物结合结构
DOI:10.1016/j.jsb.2018.04.001
发表时间:2018-08
期刊:Journal of structural biology
影响因子:3
作者:Liu C;Yuan M;Xu X;Wang L;Keatinge-Clay AT;Deng Z;Lin S;Zheng J
通讯作者:Zheng J
DOI:10.13344/j.microbiol.china.190236
发表时间:2020
期刊:微生物学通报
影响因子:--
作者:李海伟;张法;郑舰艇
通讯作者:郑舰艇
DOI:10.1016/j.synbio.2018.11.003
发表时间:2018-11
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology
影响因子:4.8
作者:Lei Wang;Meijuan Yuan;Jianting Zheng
通讯作者:Jianting Zheng
Stereospecificity of Enoylreductase Domains from Modular Polyketide Synthases
模块化聚酮化合物合成酶烯酰还原酶结构域的立体特异性
DOI:10.1021/acschembio.7b00982
发表时间:2018
期刊:ACS Chemical Biology
影响因子:4
作者:Luyun Zhang;Junjie Ji;Meijuan Yuan;Yuanyuan Feng;Lei Wang;Zixin Deng;Linquan Bai;Jianting Zheng
通讯作者:Jianting Zheng
Hexachlorobenzene Monooxygenase Substrate Selectivity and Catalysis: Structural and Biochemical Insights
六氯苯单加氧酶底物选择性和催化:结构和生化见解
DOI:10.1128/aem.01965-20
发表时间:2020-12-01
期刊:APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:4.4
作者:Guo, Yuan;Li, De-Feng;Zhou, Ning-Yi
通讯作者:Zhou, Ning-Yi
基于酰基转移酶结构的聚酮理性设计
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:郑舰艇
- 依托单位:
聚酮合成起始单元选择的分子机制研究
- 批准号:31570056
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:68.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:郑舰艇
- 依托单位:
I型聚酮手性中心形成的分子机制研究
- 批准号:31370101
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:84.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:郑舰艇
- 依托单位:
国内基金
海外基金
