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中美科学家合作发现麦角硫因生物合成新通路

日期:2015-01-21 00:00:00

中国科学院广州生物医药与健康研究院陈小平研究组与美国波士顿大学刘平华实验室合作,采用生物信息学及生物化学等手段,发现并证实了链孢霉菌(Neurospora crassa)中麦角硫因的生物合成新通路。麦角硫因是一种含硫咪唑氨基酸,人体自身不能合成麦角硫因,只能通过其转运蛋白OCTN1从饮食中摄取,且在特定的人体组织和细胞中富集。在生物功能方面,麦角硫因被认为是一种与细胞质醇及谷胱甘肽类似的一种天然的细胞内抗氧化剂,有研究认为其在维持人体红细胞的功能并保护其免受氧化损伤方面起着重要作用,而且对特定物质(如肿瘤化疗药物顺铂)诱发的神经细胞损伤也有一定的保护作用。

 
2010年,Seebeck在耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)中发现了麦角硫因的生物合成通路,分别涉及EgtA,EgtB,EgtC,EgtD和EgtE五个酶促反应步骤。但是,在该通路中,麦角硫因和谷胱甘肽生物合成都要利用γ-谷氨酸-半胱氨酸作为底物,由于谷胱甘肽是细胞生存必需的且细胞内浓度高达0.5 mM~10 mM,这种竞争关系会严重影响麦角硫因合成的收率。其次,在该研究中,由于EgtE不能表达, C-S键裂解酶活性未被证实。
 
合作团队的生物信息学和生物化学分析证实了链孢霉菌中存在一个更简洁的麦角硫因生物合成途径:链孢霉菌中的非血红素铁酶Egt1可利用半胱氨酸代替γ-谷氨酸-半胱氨酸作为底物,催化 2 到 4 一步转化(见下图)。这一发现不仅把麦角硫因的生物合成途径缩短了两步,而且避免了麦角硫因和谷胱甘肽合成之间的相互竞争。此外,该团队还发现并实现了链孢霉菌中的C-S键裂解酶(NCU11365)的体外活性重建,该酶被证实可催化裂解4的C-S键,生成麦角硫因(见下图)。该研究使得人们在不久的将来能够通过生物代谢工程来大量生产麦角硫因。

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