近日，国际化学领域顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（IF:16.6）在线刊登了我校中药学院董廖斌课题组的最新研究成果“Discovery, Structure, and Engineering of a cis-Geranylfarnesyl Diphosphate Synthase”。我校2020级博士研究生李芳茹、2021级硕士研究生王庆凌为本文的共同第一作者，董廖斌教授为本文独立通讯作者，中国药科大学为唯一通讯单位。
异戊烯基转移酶催化烯丙基底物与异戊烯基焦磷酸之间的连续缩合反应生成链状焦磷酸前体，随后被萜类环化酶催化形成结构多样的萜类碳环骨架。根据缩合反应形成的双键构型差异，异戊烯基转移酶分为反式和顺式两种类型。绝大多数萜类环化酶以反式线性焦磷酸为底物，但也有部分环化酶能够利用顺式线性焦磷酸产生单萜、倍半萜和二萜等萜类天然产物。然而，迄今为止，尚未有生物合成C25顺式线性焦磷酸的异戊烯基转移酶的报道。
董廖斌课题组从棒状链霉菌中发现并鉴定了一种新型顺式-香叶基法尼基焦磷酸合酶ScGFPPS，该酶能够催化C5、C10和C15焦磷酸底物分别与异戊烯基焦磷酸缩合产生3个C25和3个C20顺式焦磷酸产物（图A）。通过X射线晶体学获得了ScGFPPS的蛋白晶体结构。不同于已报道的所有该家族异戊烯基转移酶，ScGFPPS显示出一个完全对称的“蝴蝶型”结构（图B）。同时，首次阐明了专一性合成全顺式C20焦磷酸产物的异戊烯基转移酶NNPS的蛋白晶体结构（图B）。对比ScGFPPS和NNPS的蛋白晶体结构，揭示了影响催化功能的关键氨基酸残基位点。进一步基于两种酶-底物复合物模型，对差异氨基酸残基进行定点突变，显著提高了ScGFPPS的催化活性以及形成单一顺式线性焦磷酸产物的选择性。该项研究通过蛋白晶体结构的比对指导酶的工程化改造，促进了顺式异戊烯基转移酶在萜类天然产物生物合成领域的应用，并推动了复杂萜烯结构的生物合成研究。
上述工作得到了国家自然科学基金面上项目（82073746），国家青年人才项目，“江苏特聘教授”及双一流高校项目（CPUQNJC22_04）等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202401669
图A：ScGFPPS的功能表征；图B：ScGFPPS及NNPS的蛋白晶体结构
（供稿单位：中药学院，撰稿人：王增援，审稿人：沈玲玲）