基于基因组挖掘发现真菌中具有组蛋白去乙酰酶抑制活性隐秘环四肽

Cancer has been a serious threat to human health, the development of new therapeutic drugs is urgent. Histone deacetylase inhibitors (HDACi) represent a new class of histone deacetylase targeted antitumor drug. Natural occurring cyclic tetrapeptides are the most promising type of HDACis, and most of cyclic tetrapeptides were isolated from fungi. In previous studies, we have focused on the key gene AnPS10 of cyclic tetrapeptide biosynthesis pathway. Through gene homologous comparison, gene cloning and heterologous expression, we found that the mutant strains produced more cyclic tetrapeptides than the wild strain. The results show that it is scientific and feasible to obtain fungal cryptic cyclic tetrapeptide using genome mining approach. Based on previous studies, we will research in this project: (1) to investigate the cryptic cyclic tetrapeptide biosynthetic gene cluster mainly from Aspergillus spp. using gene AnPS10 as a probe; (2) to purify and characterize cyclic tetrapeptides from the mutant strains; (3) to evaluate their bioactivities using in vitro HDAC inhibition assay and cell-based anti-proliferation assay. The successful implementation of this project will further enrich the natural product library of the cyclic tetrapeptide HDACi candidate molecules, and provide a solid material basis for the development of new antitumor drugs.

癌症严重威胁到人类的健康，新治疗药物的开发刻不容缓。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）是一类以组蛋白去乙酰化酶为靶点的新型靶向抗肿瘤药物。天然环四肽类化合物是目前最具研发前景的HDACi，真菌为该类分子的主要天然来源。前期工作中我们选取环四肽类化合物生物合成中关键基因AnPS10进行研究，通过基因同源性对比、克隆及异源表达，发现突变株较野生株新产生了环四肽类同系物。结果表明，采用基因组挖掘获得真菌中环四肽类隐秘天然产物的研究方案是切实可行的。在前期研究基础上，本项目将开展以基因AnPS10为探针，以曲霉属真菌为主要研究类群，挖掘环四肽生物合成的基因簇，通过基因异源表达，分离鉴定目标化合物，测试HDAC抑制活性及肿瘤细胞抗增殖活性。该研究将进一步丰富环四肽类HDACi分子的天然产物库，为新型抗肿瘤药物分子的开发提供坚实的物质基础。

长期以来，癌症严重地威胁着人类的生命健康，新型治疗药物的开发刻不容缓，而组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）已成为国内外抗肿瘤药物研究的一个热点。真菌来源的天然环四肽类化合物是目前最具研发前景的一类HDACi之一，具有很大的研发价值。本项目通过生物信息学分析筛选出可能产生环四肽类化合物的候选真菌类群，利用高效酵母组装大片段DNA克隆技术和A. nidulans异源表达系统对预测的多种真菌类群来源环四肽类化合物生物合成基因簇进行异源表达，从而获得新结构的环四肽类化合物。其中通过烟曲霉pes1基因在构巢曲霉中异源表达，经过分离纯化和结构鉴定获得了新结构的环四肽化合物。此外，还从粪生真菌Amphichorda guana LC5815和粮食病原真菌Aspergillus westerdijkiae L1295中分离到结构新颖环肽化合物，并进行了他们的生物活性筛选。同时，对A. guana LC5815菌株进行基因组测序及其次级代谢产物生物合成基因簇的生物信息学分析，预测了该环缩肽的生物合成基因簇，并通过建立的A. guana LC5815遗传操作体系进行了生物合成基因簇骨架基因的敲除，验证了其生物合成基因簇，获得了其假定的生物合成途径。在此研究结果基础上，发表该领域主流SCI论文5篇，并申请国内发明专利1项。有4名研究生参与该项研究，其中1名在项目执行期内毕业。`