P 450氧化酶催化4-咪唑烷酮形成机制获揭示
速读：4-咪唑烷酮是一类广泛存在于天然产物及药物分子中的重要活性基团。
在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，中国科学院南海海洋研究所研究团队与厦门大学合作，成功揭示了海洋放线菌来源生物碱cyanogramide生物合成途径中P450氧化酶催化酰基迁移形成4-咪唑烷酮的新机制。
P450氧化酶催化4-咪唑烷酮形成机制获揭示
在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，中国科学院南海海洋研究所研究团队与厦门大学合作，成功揭示了海洋放线菌来源生物碱cyanogramide生物合成途径中P450氧化酶催化酰基迁移形成4-咪唑烷酮的新机制。相关成果近日发表于《德国应用化学》（ Angewandte Chemie International Edition ）。
生物碱cyanogramide的生物合成途径。研究团队供图，下同
4-咪唑烷酮是一类广泛存在于天然产物及药物分子中的重要活性基团。海洋放线菌源生物碱cyanogramide具有独特的氧化吲哚螺环吡咯并[1,2-c]咪唑烷酮骨架，能有效逆转肿瘤细胞的耐药性。前期研究中，团队基于基因缺失和前体喂养等实验推导了cyanogramide的生物合成途径，阐明了P450氧化酶CyaH催化形成氧化吲哚螺环的新机制，揭示了甲基转移酶CyaF催化吲哚N-甲基化及其底物宽泛性机制，并全面总结了氧化吲哚螺环生物碱的发现、活性及生物合成进展，但cyanogramide中关键药效基团4-咪唑烷酮的酶促形成机制仍不清楚。
研究团队首先通过体内基因重组和体外酶学实验证明，P450氧化酶CyaI负责催化环化形成4-咪唑烷酮，同时能够催化底物的氧化脱甲基和脱乙酰基反应。通过 13 C同位素标记实验进一步证实，CyaI催化的环化过程涉及分子内C→N乙酰基迁移。结合CyaI与底物3复合物的晶体结构和点突变分析，团队阐释了对催化活性至关重要的疏水氨基酸残基，发现P450酶中高度保守的T245可调控CyaI的反应方向，促进酰基转移生成4-咪唑烷酮。