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基于酶催化氧化[3+2]环加成反应的高氧化α-CPA天然产物的发散性合成

批准号:
22101236
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张霄
依托单位:
学科分类:
天然产物全合成
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张霄

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
α-环匹阿尼酸(α-cyclopiazonic acid,α-CPA)是1968年从青霉菌Penicillium cyclopium培养液中分离得到的吲哚生物碱。它是一种强效的神经毒素,植物生长素拮抗剂,也是为数不多的纳摩尔级肌质网钙泵(SERCA)抑制剂。受限于复杂的笼状骨架和连续多个手性中心,目前还未有立体专一性合成高氧化态α-CPA的文献报道。本项目将采用酶催化的不对称氧化[3+2]环加成反应,解决α-CPA天然产物多环骨架立体选择性构建难题。主要研究内容包括:1. 环化前体β-CPA的快速大量制备。2. 氧化[3+2]环化酶CpaO体外催化功能的验证以及酶学性质考察。3. 高氧化态α-CPA天然产物speradines和aspergillines的化学酶法合成。本项目可望得到一条10步内规模化合成高氧化态α-CPA天然产物的路线,为以α-CPA作为先导结构的相关药物研发打下坚实的物质基础。
英文摘要
α-Cyclopiazonic acid (α-CPA), a 3,4-fused polycyclic indole alkaloid firstly isolated from the fungus Penicillium cyclopium in 1968, is a potent mycotoxin and nanomolar SERCA inhibitor. Attracted by the caged scaffold and intriguing biological activities, scientists have made a lot of efforts on the synthesis, however, by now no enantioselective total synthesis has been reported due to the complex and polyhydroxylated architecture. In this project, we would like to take advantage of the CpaO, a FAD monooxygenase that catalyzes the oxidative [3+2] cycloaddition in the α-CPA biosynthesis to enatioselectively construct the α-CPA scaffold. The research is inculding: 1. Rapid synthesis of β-CPA, the precursor of oxidative [3+2] cycloaddition; 2. Characterization, engeneering of CpaO and process optimization for large-scale in vitro preparation; 3. Divergent synthesis of polyhydroxylated α-CPAs. We are expecting to develop a robust and scalable chemoenzymatic approach within 10 steps and lay a good foundation for further drug discovery.
α-环皮阿尼酸(α-cyclopiazonic acid,α-CPA)是1968年从青霉菌Penicillium cyclopium培养液中分离得到的吲哚生物碱。它是一种强效的神经毒素,植物生长素拮抗剂,也是为数不多的纳摩尔级肌质网钙泵(SERCA)抑制剂。受限于复杂的笼状骨架和连续多个手性中心,目前还未有立体专一性合成高氧化态α-CPA的文献报道。本项目利用酶催化的不对称氧化[3+2]环加成反应,解决了α-CPA天然产物多环手性骨架立体专一性构建难题。主要研究成果包括:1.环化前体β-CPA的十克级制备;2.氧化[3+2]环化酶CpaO的挖掘与首次体外功能验证,通过对酶的系统性优化与改造,实现了体外酶催化反应的克级放大。3.超过十个α-CPA家族天然产物的高效发散式合成,多个天然产物如speradine A, 3-OH-speradine A, speradine H, asperorydine M, cyclopiamide E等为首次全合成。4. 类器官筛选实验证实部分天然产物具有较好的抗肿瘤活性,有望进一步探索寻找潜在的药物先导。.CpaO实现的底物骨架形式氧化[3+2]环加成反应,是氧化酶少有的催化功能。后期项目负责人会通过酶-底物共晶与酶计算,深入探索和阐明酶的催化机制。
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