11月23日，国际化学领域顶级期刊Journal of the American Chemical Society（JACS, IF=16.383）在线发表了我校中药学院董廖斌教授团队的最新研究成果Discovery, structure, and mechanism of a class II sesquiterpene cyclase。2022级博士研究生潘兴明和2020级硕士研究生杜雯煜为本文的共同第一作者，董廖斌教授、南京大学张博副教授、美国佛罗里达大学Jeffrey D. Rudolf助理教授为本文的通讯作者，中国药科大学为本文第一通讯单位。
萜类天然产物作为自然界数量最多，结构最多样化的天然产物家族，广泛存在于各种生命形式中，发挥着举足轻重的作用。绝大部分萜类天然产物来自于共同的线性焦磷酸前体，而萜类环化酶负责环化该线性前体生成多环结构的萜类天然产物。根据萜类环化酶不同的催化机制及蛋白结构，分为I型与II型萜类环化酶。I型萜类环化酶的晶体结构及对应的镁离子结合位点经过数十年的研究已得了详细的解析；而对应的II型萜类环化酶，由于仅获得7个蛋白结构，其对应的镁离子结合位点尚未阐明，严重阻碍了后续深入的机制研究。
该研究首先通过基因组挖掘技术靶定到两株放线菌中的SsDMS及ScDMS蛋白，二者均能在体内产生drimenol倍半萜天然产物，并经过体外酶学实验证实其为II型萜类环化酶。进一步利用蛋白质结晶技术，得到高分辨率的SsDMS (PDB-ID: 7XQ4, 1.58 Å)，其具有经典II型萜类环化酶的βγ双结构域。本工作还获得了4个不同的蛋白质-底物复合物结构 (PDB-IDs: 7XQZ, 7XRA, 7XRU, 7XR7)。通过分析复合物的电子云密度图，首次发现了II型萜类环化酶的金属镁离子结合位点——位于线性法尼基焦磷酸底物的焦磷酸基团以及E169谷氨酸残基之间。对比apo-SsDMS及其复合物晶体结构，发现R132, W165/L166, E169均发生了一定的位移，分别承担了“焦磷酸感应器”，“守门人”及“镁离子结合氨基酸”的角色。最后，通过定点突变多个关键残基位点，详细阐明了这一特殊的II型倍半萜环化酶的催化机制。
该项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（NSFC82073746）、国家青年人才项目、“江苏特聘教授”以及“双一流”大学项目等资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c09412
（供稿单位：中药学院，撰写人：王增援，审稿人：黄欣、郑诗翌）