课题基金 / 基金详情

安丝菌素聚酮合酶多功能DH机制解析与定向优化

批准号:
32070041
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
石婷
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
石婷

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
安丝菌素因其极强的抗肿瘤活性,而在安莎类化合物中备受关注。像许多聚酮化合物一样,安丝菌素合成过程中会出现双键移位现象,即双键的位置从α-β位向β-γ位转移。研究发现PKS模块中脱水酶(dehydratase, DH)结构域可能具有脱水、双键迁移和甲基差向异构等多重功能,但其具体分子机制尚不明确。本项目拟从前期研究获得的安丝菌素DH2结构域晶体结构出发,构建DH结构域催化的计算模型,通过对底物识别、催化、释放全过程的机制解析,挖掘其中决定多功能的酶-底物关键作用位点,指导DH结构域的定向改造,以此拓展安丝菌素DH底物谱和提升催化效率,以期获取具有抗肿瘤活性的新结构化合物。本项目采用“干计算”与“湿实验”结合,集中体现合成生物学的“认知-设计-改造”理念,其结果将完善对PKS DH.结构域的功能认知,丰富聚酮化合物生物合成理论,为聚酮类化合物的合成生物学理性改造提供新的研究范式。
英文摘要
The ansamycins are important antibiotics, in which ansamitocins are regarded as outstanding anti-tumor drug precursors. The double bond shifts catalyzed by polyketide synthase (PKS) dehydratase (DH) domains occur during the biosynthesis of ansamycins, which means the position of the double bond shifted from α-β position to β-γ position. Some studies have reported that DH domains in PKS have multiple catalytic activities such as dehydration, double bond shift, and methyl epimerization. However, these underlying molecular mechanisms are still unclear. In this project, based on the available crystal structure of ansamycin DH2 domain, we intend to construct calculational models to study the catalytic mechanism of ansamycin DH domains (including dehydration and double bond shift) and to analyze the complete process of substrate recognition, enzymatic catalysis, and product release. Upon these analyses, the critical residues involved in the multiple catalytic activities of ansamycin DH domains will be identified. And subsequent directed engineering of DH domains may contribute to improving the catalytic efficiency of DH domains and broadening the substrate flexibility, which is of great significance for developing new antitumor derivatives. With the combination of "dry computation" and "wet-lab experiment", our results will provide mechanistic insight into the ansamycin DH domains and establish a new research paradigm for the rational design and optimization of key enzymes in polyketides biosynthesis.
聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)中的脱水酶(dehydratase,DH)是聚酮化合物生物合成过程中的一个关键结构域。研究表明,除了脱水生成C-C双键,它还负责催化聚酮骨架中广泛存在的双键移位现象,即产物中双键位置从α-β位转移到β-γ位,极大地丰富了聚酮化合物的结构多样性。然而,对于DH,尤其是具有双功能DH的具体作用机制,至今尚不完全清楚。本项目中,我们以4个I型PKS脱水酶(GphF DH1、Amb DH3、Ams DH2和Ams DH3)为研究对象,构建酶-底物复合物计算模型,通过同源模建、AlphaFold2、分子对接、分子动力学(MD)模拟和量化(QM、QM/MM)计算,系统性地对双功能DH的催化机制展开研究,揭示了DH催化脱水与双键移位(脱水与环化)的分子机制,解析了关键氨基酸的作用,并搭建实验平台,定向改造脱水酶以获取新结构聚酮化合物。这些研究为深刻理解脱水酶的多功能、开发利用生物酶催化剂及后续设计新型聚酮类骨架天然产物的应用提供有价值的指导。发表第一标注论文3篇(Catal. Sci. Technol., 2021, 11, 2155; Protein, 2021, 89, 558; Interdiscip. Sci. Comput. Life Sci., 2022, 14, 233),第二、第三标注论文3篇(Chem. Eur. J., 2023, e202203420等),申请专利2项(202311303816.7和202411623256.8)。
新家族NRPS多肽环化酶催化机制解析及其应用
  • 批准号:
    32270038
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    石婷
  • 依托单位:
匹马霉素硫酯酶的链释放机制解析与定向优化
  • 批准号:
    19ZR1427300
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    石婷
  • 依托单位:
SENP2抑制剂的设计、优化及其在相关细胞发育信号传导通路中的应用
  • 批准号:
    21102090
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    石婷
  • 依托单位:
国内基金
海外基金