与抗癌药物FK228生物合成相关的二硫键氧还酶的晶体结构和催化机制研究

抗癌药物FK228是青紫色杆菌的天然产物，目前已在FDA完成二期临床试验，被美国肿瘤研究机构推荐为皮肤T细胞淋巴瘤患者的临床用药。由于其结构复杂（含16个氨基酸的手性双环多肽），用微生物发酵法取代化学合成法来制备该化合物更有应用前景。我们的美国合作者首次发现有9个功能基因与FK228的生物合成相关，其中DepH能催化FK228前体的两个还原性巯基形成二硫键。序列比对结果揭示DepH的催化模块可能为CPYC，与目前已知结构的其他两类二硫键氧还酶（CATC/CXXC）完全不同。目前与DepH功能接近、能够催化形成天然产物二硫键的酶的晶体结构尚未见报道。因此，测定该酶的母体及其复合物晶体结构，将不仅有助于阐释其独特的催化机制，扩展人们对于二硫键氧还酶的认识，还能利用结构信息对它进行基因工程改造，为FK228的生物合成奠定理论基础。

FK228又名depsipeptide或FR901228，登记名为NSC630176或romidepsin或Istodax，于1990年从青紫色杆菌（Chromobacterium violaceum no. 968）的天然产物中分离得到，目前已经成为治疗皮肤T淋巴细胞瘤的临床用药。DepH在FK228的生物合成中负责其中二硫键的形成。我们应用X-射线晶体学的方法解析了DepH及其与底物类似物S,S'-二甲基FK228（dm-FK228）的结构，分辨率分别为1.82 Å and 2.00 Å。通过结构分析和生化试验结果发现DEPH并非低分子量硫氧还蛋白还原酶，而是一个不依赖与NADP+的巯基氧化酶。DepH不仅缺乏低分子量硫氧还蛋白还原酶结合NADP+的保守指纹序列GGGDXAXE，而且还含有一个11个氨基酸残基组成的“beta-turn-beta”结构，阻碍了NADP+的结合。这些结果阐明了生物合成小分子的巯基氧还酶和低分子量硫氧还蛋白还原酶之间的结构差异，并且扩展了人们对生物合成过程中巯基氧还酶的催化机制的认识。