Nature Chemistry：揭示多功能周环酶LepI的催化剂分子机制

在有机多肽中会，三和药理学反应能够同时协作多个碳-碳/碳-中有水分子键，并且一般而言较强很低的区域胺类和立体胺类。但在有机体中会，催化剂三和药理学反应的激酶却只有少数被华盛顿邮报过。不相关的碱词干激酶（chorismate mutase）、precorrin-8x以次基词干激酶、SpnF和PyrI4等三和激酶的本体表明自然有机体出了多种可以催化剂[4+2]的环加成药理学反应及其他三和药理学反应的蛋白质支架构象，并且这些本体可以调控三和药理学反应的区域胺类和立体胺类。2017年，UCLA的唐末雍正帝研究员课题组华盛顿邮报了一种S-激酶赖氨碱（SAM）仰赖的多机制三和激酶LepI，它既能催化剂中有Diels-Alder（HDA）药理学反应，又能催化剂自是Claisen苯基药理学反应6。在不能LepI实际上下，衍生命体2可以自发性硫碱构成(E)-3和(Z)-4，并全面性自发性频发分子会内Diels-Alder药理学反应（IMDA）或HDA药理学反应分解成一系列的的环加成药理学反应中会间体。而在LepI的催化剂下，2只能特异性地硫碱构成(E)-3，并全面性频发HDA药理学反应构成单一中会间体10，即Leporin C。LepI总称O-以次基转移激酶家族，但是它不能以次基转移激酶活性。为什么该激酶可以立体胺类地催化剂硫碱药理学反应、HDA药理学反应和自是Claisen苯基药理学反应？SAM的功用又是什么？为了回答这些问题，2019年7年初21日，中会国科的学院南京分析药理学研究成果所的周佳海课题组和UCLA的唐末雍正帝课题组共同开发在Nature Chemistry中有志上刊出Structural Basis for Stereoselective Dehydration and Hydrogen-Bonding Catalysis by the SAM-Dependent Pericyclase LepI，解了成像的LepI及其与衍生命体1、8、10的多肽晶体本体，并通过与UCLA的Kendall Houk课题组共同开发积极开展理论近似值岗位，系统地阐释了LepI催化剂的分子会必要。在这些多肽本体中会，衍生命体1是作为硫碱药理学反应的碱基嘌呤来与LepI顺利完成锂测试，目的是说明立体胺类硫碱药理学反应机理；衍生命体10是HDA药理学反应和自是Claisen苯基药理学反应的中会间体，其与LepI的多肽晶体本体可以用来非常药理学反应前后的构象是否激发发生叠加；exo中会间体8作为endo中会间体9的嘌呤，其与LepI的多肽本体可用作说明自是Claisen苯基药理学反应的机理。LepI蛋白质的母体本体通过氯化水分子的单散射反常散射手段被解。在该本体中会，两分子会的LepI以N端本体域互相缠交织在一起，而C端本体域则是较强O-以次基转移激酶家族典型的Rossman支架这种超二级本体，且每分子会的LepI转化与此相反会辅激酶SAM。凋亡体激酶活测出测试属实了H133、R295和D296对催化剂活性的最举足轻重功用，转化LepI-SAM-1、LepI-SAM-8、LepI-SAM-10多肽本体以及对分子结构多肽本体的近似值，该文重申LepI的催化剂必要很显然如下：1. 硫碱机理显然为E1-cb途径：最举足轻重碱基H133作为碱，去亚胺胺上的4-OH，并且比较稳定具体来说的甲基，而侧链上的羟基以苯基共平面的一段距离离去，R295以及附近的药理学键因特网回应有深刻影响。逃离的水分子会(W')显然于是在被这些木炭困住，并与碳酰胺保持良好药理学键。LepI的硫碱功用是通过将碱和碱配置在苯基结构上和将线型的胺碱基2固定在具体来说的苯基构象中会来解决问题1，4-苯基消除的。2. 在HDA药理学反应中会，由于胺的环上有太多的生活空间，所以侧链烯烃可自发性垂直到利于药理学反应频发的所在位置。盘子周围的游离功用和水与功用是非对映胺类解决问题的最举足轻重。更举足轻重的是，H133和R295可以作为药理学键给体，起到了比较稳定分子结构的功用，增大了可知能垒。3. 在前的华盛顿邮报中会，SAM中会的自由电子对激酶活极为举足轻重，这暗示了SAM显然较强磁铁催化剂的功用。磁铁催化剂是早先被注意到的一种催化剂手段。LepI的活性盘子是游离的，官能团较少，少数的官能团碱基可激发一个合适的带电粒子，使药理学放热反应保持稳定适宜药理学反应频发的趋向于，比较稳定分子结构，增大能垒，促有机体学反应的频发。虽然晶体本体中会SAM与碱基并不能反之亦然接触，但是SAM上的自由电子会影响活性盘子的带电粒子，可以推测SAM可以比较稳定比药理学放热反应较强很高偶极矩的分子结构。4. 对于自是Claisen苯基药理学反应，衍生命体9已经保持稳定接近NAC（near-attack conformation）的构象。将H133凋亡为Q或N，该药理学反应活性极大下降，这说明H133极有显然是亚胺的。转化近似值，推测LepI通过H133和R295的亚胺和磁铁功用，重置了自是Claisen苯基的碱基，比较稳定了分子结构，从而催化剂了该药理学反应。LepI-SAM-1、LepI-SAM-8和LepI-SAM-10多肽晶体本体中会的活性盘子。LepI-SAM-1多肽本体中会，胺上的羟基与H133有药理学键功用，六元的环上的氮水分子和侧链上的甲基与R295、D296等碱基及盘子中会的水分子会构成了一个药理学键因特网。值得注意的是，本体中会的烯烃侧链并不能往的环一段距离西南方，构成不易频发DA药理学反应的构象，而是乙醇中会的占优势了的环下方的所在位置。对比三个多肽晶体本体可以可知，二者胺及正离子的转化所在位置相同，药理学键因特网也大体近似于，但R295的构象频发了较大的叠加。在O-以次基转移激酶类家族中会，实际上着His-Glu催化剂二联体。而在LepI中会，His-Glu中会的His被Arg（R295）取代了。远比His，Arg是更好的药理学键给体，磁铁比较稳定功用也更佳；且Arg水溶性更弱，更容易相隔在亚胺的稳定状态。这很显然就是LepI能催化剂三和药理学反应而不是以次基转移药理学反应的最举足轻重。该岗位不仅持续发展了我们对O-以次基转移激酶类家族的机制概念化，也让我们对SAM的功用有了新的交往，同时也预示着SAM及仰赖SAM的激酶在生命体新陈代谢中会还有更多新的功用和机制等着生物学家去注意到和探险。远比有机多肽中会的催化剂剂，酪氨酸中会的激酶一般而言较强很高的立体特异性和催化剂效率。鉴于三和药理学反应在多肽领域中会的举足轻重性，对新型三和激酶的注意到和探险在未来酪氨酸以及有机多肽手段中会将有着很大的前瞻性。周佳海课题组的副研究员蔡毓娟、唐末雍正帝课题组的博士后Yang Hai和Masao Ohashi之首论文第一作者。晶体衍射数据分别在南京光源BL17U1、BL18U1和BL19U1线站整理的。专家新浪网戈惠明（浙江大学生命科学的学院研究员，国家政府优秀青年该基金会获得者）三和药理学反应是一类在药理学反应过程中会可构成马蹄形分子结构的药理学反应，在有机多肽中会较强举足轻重的领域。在生命体体中会，早先也注意到了一系列三和药理学反应激酶，如Claisen苯基药理学反应激酶，Cope苯基药理学反应激酶以及Diels-Alder药理学反应的激酶等，其中会以Diels-Alder药理学反应激酶被注意到的较少，研究成果相比之下明了。在2017年，UCLA的唐末雍正帝课题组在对来源于曲霉菌的Leporin C顺利完成酪氨酸研究成果时注意到，LepI尽管被注释为一个SAM仰赖的以次基转移激酶，然而却注意到可以同时催化剂硫碱药理学反应、Diels-Alder、中有Diels-Alder以及自是Claisen苯基等药理学反应，是一相像的多机制三和药理学反应激酶。那么，机制如此多样的LepI是如何起着催化剂功用的，SAM在催化剂过程中会起着了什么功用，活性之间是如何协调各步药理学反应的关系的？这些问题之外具体内容解答。近来，中会国科的学院南京分析药理学研究成果所的周佳海课题组和UCLA的唐末雍正帝课题组共同开发洞察了LepI催化剂的分子会必要。他们通过解硫碱药理学反应的碱基嘌呤衍生命体1与LepI的锂本体，说明了LepI立体胺类硫碱的药理学反应机理。同时，注意到LepI在催化剂HDA的药理学反应中会，由于胺上的侧链烯烃自发性垂直到有利药理学反应频发的所在位置，H133和R295通过构成药理学键比较稳定了分子结构，增大了药理学反应能垒使得药理学反应得以顺利完成。通过对LepI-SAM-1的多肽晶体本体顺利完成解，注意到SAM在药理学反应中会并不能与碱基频发反之亦然的功用而是构成一个药理学键因特网，通过磁铁催化剂来起着功用。通过解衍生命体8与LepI的锂本体同时转化药理学近似值，确定LepI通过H133和R295的亚胺和磁铁功用，重置了自是Claisen苯基的碱基，比较稳定了分子结构，从而催化剂了该药理学反应。通过对最举足轻重催化剂活性的点凋亡，属实推测的必要是合理的。再一作者通过将LepI与O-以次基转移激酶类家族中会的其它激酶顺利完成非常注意到，原本的催化剂二联体His-Glu在LepI中会有机体成为Arg-Glu，这一叠加使得LepI有机体为一个多机制的三和药理学反应激酶。三和药理学反应激酶由于相对于的立体特异性和高效的配体手段在天然中会间体酪氨酸中会有举足轻重的功用。而LepI作为现阶段被华盛顿邮报的更为相像的多机制三和药理学反应激酶，对其催化剂必要的清晰论述为未来全面性技术改造和依靠确立了基础。原始记事：Yujuan Cai, Yang Hai, Masao Ohashi, Cooper S. Jamieson,et al.Structural basis for stereoselective dehydration and hydrogen-bonding catalysis by the SAM-dependent pericyclase LepI ,Nature Chemistry (2019) ,Published: 22 July 2019