土曲霉中一类新型azaphilones化合物的生物合成机制研究

Azaphilones have complicated structures and diversified biological activities, and are important libraries for searching lead compounds in drug discovery. In our recent work, we found Aspergillus terreus CIAT02 can produce azaphilones compounds named azasperpyranones with novel structures and antitumor activities. Preliminary results indicate that these compounds have a special biosynthetic pathway and unique regulation mechanism composed of three PKS genes and one NRPS-like gene belonging to two clusters. Therefore, we will use the methods including in vivo gene knockout, in vitro enzyme activities and transcriptional analysis to elucidate the synthetic mechanism of azasperpyranones in A. terreus. The research here will have a vital significance for improving the yields of azasperpyranones, enriching the diversity of those compounds, finding enzymes that catalyze special reactions and mining new azaphilones with important biological activities in A. terreus.

Azaphilones类化合物因其结构类型的复杂性、生物活性的多样性一直以来都是寻找药物先导化合物重要的化合物库。申请人近期研究工作中发现了一株土曲霉CIAT02能够产生结构新颖的、具有抗肿瘤活性的azaphilones类化合物azasperpyranones，初步研究表明该类化合物存在由三个PKS和一个NRPS-like基因分属两个基因簇组成的特殊生物合成途径和独特的调控机制。因此，在此基础上拟采用体内基因敲除、体外酶活测试、转录组分析等研究方法阐明它们在土曲霉中的合成机制。本研究对于提高土曲霉中azasperpyranones的产量，丰富该类化合物的结构多样性，发现催化特殊反应机制的酶，挖掘具有重要生物活性的新型azaphilones类化合物等都具有重要的意义。

Azaphilones类化合物是丝状真菌中产生的一大类次级代谢产物，它们具有复杂的结构类型和广泛的生物学活性。因此该类化合物是发现药物先导化合物的重要源泉。前期申请人在土曲霉CIAT02（MEFC01）中发现了一类结构新颖且具有抗肿瘤活性的azaphilones类化合物azasperpyranones。初步研究发现它们由两个基因簇、四个核心基因共同合成，表明其存在特殊的生物合成途径和独特的调控机制，因此对该类化合物合成途径和调控机制研究具有重要的科学意义。.基于上述背景，本项目首先通过生物信息学预测、转录组分析、基因敲除和体外酶活反应，阐明了azasperpyranones类化合物的生物合成途径。其次通过转录调控因子缺失株产物分析，以及突变株与野生菌株的RT-PCR分析，解析了该类化合物生物合成过程中的调控机制。发现两个独立的基因簇、四个核心基因（三个PKS一个NRPS-like）共同合成一类次级代谢产物，并且这两个基因簇在转录水平上存在多层级的协同调控机制。最后采用过表达特异性转录调控因子的策略，在土曲霉中成功激活一个沉默的基因簇pyt，发现其能够合成结构新颖的pyranterrones类化合物并解析了它们的生物合成途径。.因此，通过该项目的研究对于提高azaphilones类化合物产量、丰富结构多样性、发现特殊的酶反应机制、创制新型真菌类药物等具有重要的指导意义，同时也为复杂天然产物的生物合成机制研究提供经验借鉴。此外本项目采用过表达转录调控因子的方式，在土曲霉中成功实现了天然产物的基因组挖掘，对丝状真菌中沉默基因簇的天然产物挖掘研究具有重要的指导和借鉴意义。