近日，中国海洋大学医药学院、海洋药物教育部重点实验室李德海教授团队在国际顶尖期刊Advanced Science发表题为“Exploring the Diverse Landscape of Fungal Cytochrome P450-Catalyzed Regio- and Stereoselective Dimerization of Diketopiperazines”（真菌细胞色素P450区域和立体选择性催化二酮哌嗪多样化二聚的全面探索研究）的最新研究进展。
图1. 二聚化方式构成了di-DKPs化学多样性的基础
二聚吲哚二酮哌嗪（dimeric indole-containing diketopiperazine，di-DKP）由两分子二酮哌嗪（diketopiperazine，DKP）单体通过C-C或者C-N键偶联形成，是广泛存在于细菌和真菌中的生物碱。在di-DKP生物合成过程中，存在多种区域及立体选择性的二聚化模式（图1），极大丰富了di-DKPs的结构多样性。研究人员首先以报道的真菌DKP二聚化酶为靶点，通过blast及SSN分析构建了真菌P450的序列相似性网络，揭示了一类可能专一负责二聚化反应的P450酶。围绕假定的DKP二聚化P450酶开展进化树分析，结果显示该类P450分为三支，负责催化不同二聚化模式的生成。通过基因挖掘鉴定了5个区域及立体选择性不同的P450二聚化酶；并首次报道了催化含D型氨基酸DKP为天然底物的P450酶（AcrP450和AtuP450）；同时分离鉴定了5个新的di-DKP生物碱（3a, 4a, 8a, 9a, 11d)和2个之前是细菌 (11b, 11c)途径来源的产物。
图2. 利用组合生物合成拓展di-DKP的结构多样性
为进一步拓展di-DKP的结构多样性，利用组合生物合成构建了五个基因簇的非天然表达途径，分离到了9个与天然途径不同的二聚体，其中有5个为新化合物（4b, 7b, 8b, 9b, 15c）（图2）；同时揭示了P450催化DKP二聚化受到底物影响的模式。综上所述，本研究揭示了多变的P450是真菌产生结构多样的di-DKPs的基础，并加深了我们对于P450酶催化反应的区域及立体选择性的理解，为进一步改造及应用提供了新的方案。
李德海教授（二排右一）与师生合影
中国海洋大学为第一通讯单位，李德海教授为通讯作者，医药学院毕业博士研究生马传腾与博士后王文雪为并列第一作者，张开金、张发雷、常一民、孙春晓以及车茜副教授、朱天骄教授、张国建教授为文章共同作者。该工作得到国家自然科学基金、青岛海洋科技中心科技创新项目、三亚崖州湾科技城海南省联合项目、山东省泰山学者青年专家项目和山东省自然科学基金重大基础研究项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202310018
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