共生真菌中新型生物活性类固醇生物合成途径

来自东京大学药学研究院和暨南大学中药与天然产物研究所的一组研究人员确定了呋喃类固醇去甲氧基嘧啶的生物合成基因簇，并破译了其生物合成途径。

由渥曼青霉素，绿色素和去甲氧基嘧啶代表的呋喃类固醇是一组特殊的真菌衍生的高氧化类固醇，具有额外的呋喃环。它们是磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的纳摩尔效应抑制剂，其中渥曼青霉素已被开发为广泛用于各种生物学研究的商业PI3K抑制剂，例如渥曼青霉素的半合成类似物，PX-866，在II期临床试验中治疗癌症的试验。因此，呋喃类固醇的有趣结构和优异的生物活性在过去的20年中为其全部化学合成做出了广泛的努力，并且在2017年最终实现了渥曼青霉素和( - ) - 维生素的立体选择性合成。然而，与化学合成进展，

为了鉴定去甲氧基嘧啶的生物合成基因簇，该研究小组对Nodulisporium sp。的全基因组进行了测序。(一种产生去甲氧基嘧啶的共生真菌)，并在基因组中鉴定出总共103种细胞色素P450单加氧酶基因。基因组中的CYP基因簇可能是潜在的靶标，因为去甲氧基嘧啶具有高度氧化的结构。对这些基因在基因组中的相对定位的分析揭示了含有两个或更多个CYP基因的12个CYP簇。

为了确定去甲氧基病毒素的候选基因簇，随机选择来自每个基因簇的一个CYP基因，并在去甲氧基病毒素生产和非生产条件下通过逆转录PCR分析其表达。作为基于CRISPR-Cas9的基因破坏候选基因的结果，该组鉴定了在该共生真菌中产生去甲氧基嘧啶的基因簇。通过使用米曲霉异源基因表达系统的连续分析和体外酶促测定进一步证实了每个生物合成步骤并产生了14种生物合成中间体。

中间体的结构活性分析表明，3-酮基，C1β-OH和芳环C对PI3K抑制很重要。此外，体外研究表明，孕烷侧链切割显着需要三种酶，黄素依赖性Baeyer-Villiger单加氧酶，酯酶和脱氢酶，与哺乳动物细胞中单一CYP介导的过程形成鲜明对比。通过广泛的生物信息学分析，我们发现这些孕烷侧链切割途径广泛分布于真菌基因组中，并且是真菌王国中保守的甾醇代谢途径。

该研究为揭示其他呋喃类固醇的生物合成奠定了基础，并通过工程生物合成扩展了药学上重要的呋喃类固醇的化学多样性。因为它还建立了共生真菌遗传操作的平台，本研究中获得的知识将为研究植物与共生真菌之间的相互作用开辟道路。