中美科學家合作發現麥角硫因生物合成新通路

　　中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院陳小平研究組與美國波士頓大學劉平華實驗室合作，采用生物信息學及生物化學等手段，發現并證實了鏈孢霉菌（Neurospora crassa）中麥角硫因的生物合成新通路。相關研究成果已于2014年10月2日發表在《有機快報》（Org. Lett. 2014, 16, 5382?5385）上。

　　麥角硫因是一種含硫咪唑氨基酸，人體自身不能合成麥角硫因，只能通過其轉運蛋白OCTN1從飲食中攝取，且在特定的人體組織和細胞中富集。在生物功能方面，麥角硫因被認為是一種與細胞質醇及谷胱甘肽類似的一種天然的細胞內抗氧化劑，有研究認為其在維持人體紅細胞的功能并保護其免受氧化損傷方面起著重要作用，而且對特定物質（如腫瘤化療藥物順鉑）誘發的神經細胞損傷也有一定的保護作用。

　　2010年，Seebeck在恥垢分枝桿菌（Mycobacterium smegmatis）中發現了麥角硫因的生物合成通路，分別涉及EgtA，EgtB，EgtC，EgtD和EgtE五個酶促反應步驟。但是，在該通路中，麥角硫因和谷胱甘肽生物合成都要利用γ-谷氨酸-半胱氨酸作為底物，由于谷胱甘肽是細胞生存必需的且細胞內濃度高達0.5 mM～10 mM，這種競爭關系會嚴重影響麥角硫因合成的收率。其次，在該研究中，由于EgtE不能表達, C-S鍵裂解酶活性未被證實。

　　合作團隊的生物信息學和生物化學分析證實了鏈孢霉菌中存在一個更簡潔的麥角硫因生物合成途徑：鏈孢霉菌中的非血紅素鐵酶Egt1可利用半胱氨酸代替γ-谷氨酸-半胱氨酸作為底物，催化 2 到 4 一步轉化（見下圖）。這一發現不僅把麥角硫因的生物合成途徑縮短了兩步，而且避免了麥角硫因和谷胱甘肽合成之間的相互競爭。此外，該團隊還發現并實現了鏈孢霉菌中的C-S鍵裂解酶（NCU11365）的體外活性重建，該酶被證實可催化裂解4的C-S鍵，生成麥角硫因（見下圖）。該研究使得人們在不久的將來能夠通過生物代謝工程來大量生產麥角硫因。

　　該研究在美國波士頓大學劉平華實驗室完成，得到了來自美國NSF（CHE-1309148）及美國NIH（GM093903）基金的資助。

中美科學家合作發現麥角硫因生物合成新通路