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套索肽研究进展

药物生物技术 2020年第6期27卷 587-593页

作者：李欣芮陆美玲中国药科大学生命科学与技术学院江苏南京211198

套索肽(Lassopeptide)是一类由核糖体合成并经过翻译后修饰的天然肽类产物(RiPPs),其C端穿过N端内酰胺环形成套索结构,这种刚性和折叠结构赋予了套索肽抗化学、热及蛋白酶水解等的强稳定性,同时这种特性也使得套索肽可作为生物活性化合... 详细信息

套索肽(Lassopeptide)是一类由核糖体合成并经过翻译后修饰的天然肽类产物(RiPPs),其C端穿过N端内酰胺环形成套索结构,这种刚性和折叠结构赋予了套索肽抗化学、热及蛋白酶水解等的强稳定性,同时这种特性也使得套索肽可作为生物活性化合物的分子支架。研究表明套索肽具有受体拮抗、酶抑制及抗菌活性等一系列生物活性。目前通过异源表达获取套索肽生物合成相关蛋白进行体外反应实验,已帮助阐明了一小部分套索肽生物合成机制,但由于参与套索肽进行环化的C一直难于表达纯化,阻碍了对套索肽生物合成过程中最关键的成环机制的深入了解及阐明,仍需科研人员的进一步研究。

关键词：套索肽功能生物活性分子支架生物合成基因簇生物合成机制

乙酰基套索肽异源表达及灰色链霉菌次级代谢物研究

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乙酰基套索肽异源表达及灰色链霉菌次级代谢物研究

作者：梁紫琦兰州大学

学位级别：硕士

核糖体肽类(RiPPs)天然产物是由核糖体合成并经翻译后修饰形成的多肽类天然产物。因其具有较为广泛的结构多样性和生物活性多样性备受科学工作者的关注。近年来,RiPPs作为一类重要的天然产物,在生物合成、结构多样性和新类型化合物的发... 详细信息

核糖体肽类(RiPPs)天然产物是由核糖体合成并经翻译后修饰形成的多肽类天然产物。因其具有较为广泛的结构多样性和生物活性多样性备受科学工作者的关注。近年来,RiPPs作为一类重要的天然产物,在生物合成、结构多样性和新类型化合物的发现等方面取得了较大的进展。套索肽是RiPPs中含有独特套索结构的一类天然产物。这种构象使套索肽具有很好的热稳定性及抵御蛋白酶水解的稳定性。除此之外,它还具有广泛的生物活性,例如:抗菌活性、抗癌活性和抗病毒活性等。该类化合物目前已经分离出70多个家族成员。我们通过基因组挖掘的方式,发现可能具有新颖结构的套索肽。通过生物信息学分析,来源于奇迹束丝放线菌(Actinosynnema acmum)中的一个预测的生物合成基因簇(acm)可能编码产生酰基化套索肽。acm生物合成基因簇除了编码套索肽生物合成必须的acm A,acm B,acm C基因外,还编码一个酰基转移酶基因,我们将其命名为acm N。我们通过基因簇克隆、异源表达等策略和现代色谱分离技术与方法成功地在模式链霉菌中表达和分离了两个新颖的乙酰化套索肽(Actinoacmucin A和B)。通过质谱分析,对这两个化合物的结构进行表征。其中Actinoacmucin A含有一个乙酰基,位于套索肽尾部第10位的赖氨酸侧链上。Actinoacmucin B含有两个乙酰基,分别位于套索肽的内酰胺大环(第4位赖氨酸侧链)和尾部(第10位赖氨酸侧链)。链霉菌属是革兰氏阳性细菌,从中发现了数量众多的抗生素及其它活性天然产物。我们对一株灰色链霉菌(Streptomyces griseus)的次级代谢物进行研究。通过对该菌株进行发酵培养、柱层析、高效液相色谱(HPLC)制备,共分离得到了22个化合物,包含2个吲哚-吡嗪类化合物,2个吲哚类化合物,4个二肽类化合物,12个苯环衍生物和2个脂质类化合物。它们的化学结构通过核磁共振、高分辨质谱、红外光谱等手段得到解析,其中包括2个新化合物。抗菌活性筛选显示它们没有明显的抗菌活性。

关键词：套索肽乙酰基异源表达灰色链霉菌次级代谢物

江西伦茨氏菌和江西野野村氏菌中新颖套索肽的异源表达

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江西伦茨氏菌和江西野野村氏菌中新颖套索肽的异源表达

作者：邸金明兰州大学

学位级别：硕士

套索肽(Lasso peptide)是核糖体合成并经翻译后修饰的多肽(Ri PPs)天然产物的一种。目前已被报道的套索肽天然产物的翻译后修饰类型有:氧甲基化、C端丝氨酸侧链羟基连续磷酸化及磷酸化后的连续糖基化、赖氨酸侧链乙酰化、和天冬氨酸异... 详细信息

套索肽(Lasso peptide)是核糖体合成并经翻译后修饰的多肽(Ri PPs)天然产物的一种。目前已被报道的套索肽天然产物的翻译后修饰类型有:氧甲基化、C端丝氨酸侧链羟基连续磷酸化及磷酸化后的连续糖基化、赖氨酸侧链乙酰化、和天冬氨酸异构化等。许多已报道的套索肽具有丰富的生物活性,如抗菌活性和抗HIV活性等。色氨酸卤代酶在多种生物体中已经被发现,其主要功能为区域专一性地催化色氨酸的卤代反应,生成具有生物活性的卤代吲哚生物碱及其衍生物。少量核糖体肽天然产物也具有氯化的翻译后修饰,主要为氯代的羊毛硫肽天然产物,如Microbisporicin,其具有抗革兰氏阴性致病菌的活性。基于以上分析,我们期望得到具有潜在优良生物活性的卤代套索肽天然产物。在本论文的研究中,我们发现放线菌Lentzea jiangxiensis的基因组中编码一个潜在的卤代套索肽生物合成基因簇,将其命名为jcl。通过对jcl基因簇的异源表达以及相应提取物的质谱分析,我们分别发现了不含有氯代修饰、含一个氯和两个氯的天然套索肽,通过MALDI-TOF MS二级质谱分析,初步确定氯代修饰发生在两个色氨酸上。我们将这三个天然产物命名为Lentzycin A,B,C,这是首次发现含氯代修饰的套索肽天然产物。对jcl基因簇进行细致分析,发现除了编码套索肽生物合成必须的jclA,jclB,jclC基因外,还编码了一个色氨酸卤代酶基因(jclH)及氧化还原酶基因(jclS)。通过大肠杆菌异源表达的方式成功地表达了JclH和JclS两种酶,这将有助于进一步了解套索肽色氨酸卤代酶的区域专一性机理以及定向改造该类化合物。此外,我们在放线菌Nonomuraea jiangxiensis的基因组中发现了另一个套索肽生物合成基因簇(noj),其编码的核心肽与已报道的套索肽均不相同,表明其可能编码一个新颖的套索肽天然产物,我们初步构建了noj基因簇的异源表达质粒,并对其表达条件进行了初步筛选。这些研究丰富了套索肽天然产物的化合物库,以及核糖体肽天然产物后修饰酶的多样性。

关键词：套索肽色氨酸卤代酶黄素还原酶区域选择性

北极深海放线菌Nocardiopsis sp.Y469多组学分析及其套索肽生物合成基因簇初步探索

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北极深海放线菌Nocardiopsis sp.Y469多组学分析及其套索肽生物合...

作者：苏世源上海海洋大学

学位级别：硕士

放线菌是发现新型天然产物的重要来源,其中,拟诺卡氏菌是链霉菌之外的一个重要活性天然产物合成者。北极深海环境的拟诺卡氏菌研究较少,具有合成新颖天然产物的巨大潜力。本文对来源于北冰洋3700m沉积物的拟诺卡氏菌(Nocardiopsis sp.Y4... 详细信息

放线菌是发现新型天然产物的重要来源,其中,拟诺卡氏菌是链霉菌之外的一个重要活性天然产物合成者。北极深海环境的拟诺卡氏菌研究较少,具有合成新颖天然产物的巨大潜力。本文对来源于北冰洋3700m沉积物的拟诺卡氏菌(Nocardiopsis sp.Y469)开展了基因组学和转录组学分析,挖掘出新的套索肽生物合成基因簇,并对其开展了基因簇的直接克隆、异源表达分析。该菌株为适冷耐盐菌,生长温度范围为45℃,盐度范围为0%-12%。基因组序列全长6.7Mb,GC含量72.64%mol。基因组分析表明该菌株存在51个抗生素相关抗性基因,较多的基因涉及抗菌肽和多重耐药性转运系统的渗透酶合成与转运,同时,该菌株具有多个跟次级代谢产物合成相关的基因簇,如lantipeptide(羊毛硫肽化合物)、吩嗪、四氢嘧啶、嗜铁素、萜类细菌素、聚酮类、非核糖体多肽类、套索肽等生物合成基因簇,具有良好的天然产物挖掘潜力。单菌多化合物策略结果表明,不同培养基条件下,发酵产物从丰度、多样性到类型都有差异,五种不同培养基的甲醇提取物均具备抑制枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis CGMCC 1.3358)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani CICC40529)、串珠镰孢(Fusarium moniliforme CICC 40363)的活性,其中抗串珠镰孢活性最强,并且S3条件下培养菌株的甲醇提取物的抑菌活性最明显,体现出合成活性产物的潜力。针对菌株Y469在S3和SMMS培养基中发酵的转录组表达分析,发现有5941个共有基因,其中有219个差异基因基因只在SMMS条件下进行表达,67个差异基因只在S3条件下表达,对套索肽合成基因进一步分析发现,关键基因表达量低可能导致整个基因簇的沉默或者表达量偏低。因此本文针对该菌株套索肽合成基因簇的关键基因进行克隆与异源表达激活,以获得新颖结构的套索肽产物。利用Rec E/T和Redα/β克隆重组、属间接合转移技术,构建该新的套索肽生物合成基因簇关键基因的多个重组体系,以期在工程菌株中实现异源表达,获得目标产物。RT-PCR结果表明关键基因成功表达。高分辨率一级质谱扫和二级质谱扫描分析表明找到了疑似含有预测分子量的差异峰,但是该差异峰化合物比较复杂,未能真正纯化出预测产物。对差异峰进行抗菌活性初步筛选,发现具有枯草芽孢杆菌抑制活性,说明这一差异峰化合物中可能存在预测的新型套索肽。本文以北极深海放线菌Nocardiopsis sp.Y469为研究对象,基于基因组学与转录组学挖掘出多个天然产物合成基因簇,并对其套索肽生物合成基因簇进行了直接克隆与异源表达,对其产物进行了初步探索。本研究发现的新套索肽合成基因簇丰富了已有的套索肽库,并为极地微生物天然产物的挖掘和研究提供了技术思路。基于本研究,将为进一步深入探索挖掘拟诺卡氏菌丰富的活性天然产物及其基因簇资源、获得新型套索肽及其他活性产物奠定基因资源和研究技术基础。

关键词：北极深海拟诺卡氏菌基因组学转录组学套索肽

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套索肽替代抗生素应用的研究进展

饲料博览 2020年第10期30卷 61-66,69页

作者：陈鹏李守勇北京英惠尔生物技术有限公司北京100081

核糖体多肽(RiPPs)通过核糖体合成,经翻译修饰,得到一种结构和功能多样的天然产物。套索肽具有套索样结构,线性肽在翻译后成熟过程中“打结”,是RiPPs一个亚类。套索肽对蛋白酶和变性剂具有显著的耐受性。已知的套索肽可以抑制酶活或颉... 详细信息

核糖体多肽(RiPPs)通过核糖体合成,经翻译修饰,得到一种结构和功能多样的天然产物。套索肽具有套索样结构,线性肽在翻译后成熟过程中“打结”,是RiPPs一个亚类。套索肽对蛋白酶和变性剂具有显著的耐受性。已知的套索肽可以抑制酶活或颉颃受体,赋予其抗菌特性。文章综述套索肽结构、抗菌活性、分子靶标、作用机理和应用前景的最新进展。

关键词：套索肽核糖体多肽抗菌

套索肽——一种可供多肽类药物设计和改造的多功能载体

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药学进展 2019年第10期43卷 777-785页

作者：成骋华子春南京大学生命科学学院医药生物技术国家重点实验室江苏南京210023 江苏省产业技术研究院医药生物技术研究所/常州南京大学高新技术研究院江苏常州213164 南京大学深圳研究院广东深圳518057

套索肽是在细菌中发现的多肽类天然产物,是由核糖体合成并经过翻译后修饰产生的一类具有套索构型的生物活性肽,具有抗细菌或真菌的作用,或具有抗病毒或抗肿瘤的功能。套索肽一般无或具有极低的免疫原性。根据其所含二硫键数目和位置的不... 详细信息

套索肽是在细菌中发现的多肽类天然产物,是由核糖体合成并经过翻译后修饰产生的一类具有套索构型的生物活性肽,具有抗细菌或真菌的作用,或具有抗病毒或抗肿瘤的功能。套索肽一般无或具有极低的免疫原性。根据其所含二硫键数目和位置的不同,套索肽可分为4类。由于其特殊的套索结构,套索肽与线性肽相比具有极好的热稳定性和蛋白酶稳定性。套索肽已开始被用于医药、食品等领域,有望用作生物药物的载体,正在成为多肽类药物研发的热点。

关键词：套索肽生物合成稳定性修饰改造

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构建链霉菌无细胞平台挖掘套索肽类天然产物

微生物学报 2022年第5期62卷 1754-1768页

作者：潘陈梦笑刘天罡刘然武汉大学药学院组合生物合成与新药发现教育部重点实验室武汉湖北430071 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所中国科学院定量工程生物学重点实验室深圳广东518055

【目的】套索肽作为一类核糖体翻译后修饰肽(RiPPs)广泛分布于放线菌中,以其独特的修饰结构和多样的生理活性受到了广泛的关注。为了更好地研究未知的套索肽,期望开发基于链霉菌的无细胞转录翻译平台(下称“无细胞平台”)实现无细胞合... 详细信息

【目的】套索肽作为一类核糖体翻译后修饰肽(RiPPs)广泛分布于放线菌中,以其独特的修饰结构和多样的生理活性受到了广泛的关注。为了更好地研究未知的套索肽,期望开发基于链霉菌的无细胞转录翻译平台(下称“无细胞平台”)实现无细胞合成套索肽或其前体肽。【方法】首先尝试以不同的链霉菌构建无细胞合成平台,并以绿色荧光蛋白为报告蛋白对平台产率进行优化;在构建合适稳定的表达体系后,将包含有套索肽生物合成基因的质粒引入体系中以探索套索肽的无细胞合成。【结果】在对基于模式菌株Streptomyces lividans TK24的无细胞体系进行制备工艺、体系组分、反应条件等多个参数进行优化后,该体系最高能达到90μg/mL的荧光蛋白表达量;基于该体系成功表达了目标套索肽的前体肽,并通过融合SUMO标签增加前体肽在该体系中的稳定性。【结论】本研究成功构建了一类链霉菌无细胞平台,为丰富来源的基因表达提供了可能性。尽管该体系在对表达套索肽未知蛋白的适用性上仍有待进一步提升,但无细胞平台在天然产物的探索中将起到越来越重要的作用。

关键词：链霉菌无细胞平台套索肽天然产物

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两株放线菌次级代谢产物的研究

两株放线菌次级代谢产物的研究

作者：魏园园南京大学

学位级别：硕士

自从青霉素这个天然抗生素被发现以来,越来越多的具有药用价值的天然产物被发掘出来用于癌症和抗感染治疗。而放线菌就是天然产物的最主要来源,目前已经成药的天然产物70%直接或间接来自于放线菌的次级代谢产物。因此对放线菌次级代谢... 详细信息

自从青霉素这个天然抗生素被发现以来,越来越多的具有药用价值的天然产物被发掘出来用于癌症和抗感染治疗。而放线菌就是天然产物的最主要来源,目前已经成药的天然产物70%直接或间接来自于放线菌的次级代谢产物。因此对放线菌次级代谢产物的研究就非常有必要。本文是从源头出发,从自然界中采集土壤,捕获生物并从中分离纯化出各种放线菌,经发酵筛选后,找到两株次级代谢产物丰富的菌。研究内容分为两部分:一、土壤放线菌NA1503的次级代谢产物的发现及生物合成研究:首先对土壤放线菌NA1503进行大发酵,通过色谱技术对次级代谢产物进行分离,通过LC-MS和核磁波谱数据对化合物进行结构解析。从其次级代谢产物中分离鉴定了9个化合物,其中套索肽类化合物1-3和9是新化合物,化合物2和3对NE-4C(小鼠神经干细胞)具有较强的细胞毒性。通过NMR及LC-MS/MS分析,确定了化合物的结构,并通过Marfey衍生化反应确定了氨基酸构型。进一步经基因敲除确定其生物合成基因簇,并对生物合成路径进行了推测。接着通过体外酶催化反应验证了这一推测。二、海洋来源的放线菌NAK3095的次级代谢产物的发现接着对海洋来源的放线菌NAK3095进行大发酵,用同样的方法从其次级代谢产物中分离鉴定了11个化合物,其中化合物10和11是新化合物,其余的为卡奇霉素类化合物。化合物10和11属于NRPS-PKS杂合产生的化合物,结构新颖。于对该菌进行了全基因组测序后提交到anti SMASH,预测了其生物合成基因簇,并进行了基因注释。化合物10和11对NE-4C(小鼠神经干细胞)具有中等的细胞毒性。综上,本文从土壤及海洋来源的放线菌出发,获得了结构新颖的套索肽类和PKS/NRPS杂合类化合物,其中化合物2、3、10和11对小鼠神经干细胞有细胞毒性。确定了套索肽类化合物的生物合成基因簇并通过体外酶反应进行验证。

关键词：放线菌次级代谢产物套索肽