粉蝶菌素(piericidins, PIEs) 是广泛发现于链霉菌的含α-吡啶酮母核及多烯侧链结构的天然产物，目前已发现一百余种衍生物（J Appl Microbiol. 2021, doi: 10.1111/jam.15222）。PIEs具有良好的抗肿瘤作用，例如PIE-A1可抑制人表皮癌细胞的扩散侵袭，与依托泊苷联用可改善结肠癌耐药（Chem Biol. 2010, 17, 989-98; J Cell Physiol. 2008, 215, 243-50）。近年又发现PIE-A1通过上调肾癌细胞中PRDX1的表达量，诱导肾癌细胞凋亡（J Med Chem. 2019, 62, 7058-69）。PIEs生物合成由模块化聚酮合酶（PKS）完成碳链延伸，PKS释放β,δ-二酮羧酸聚酮链后接受酰胺化修饰，经环化酶催化形成α-吡啶酮环，随后接受羟基化、甲氧基化、外环氧化等修饰步骤（Chem Biol. 2012, 19, 243-253）（图1）。PIEs分子α-吡啶酮药效基团的C-4'位羟基化和O-甲基化的修饰步骤已得到实验确认（Org Lett. 2014, 16, 736-739），然而α-吡啶酮上的C-5'位O-甲基化修饰以及α-吡啶酮形成之前所必须的酰胺化修饰步骤尚未得到实验确认。

图1. S. conglobatus基因组中pieBGC的基因结构（A）; 化合物1–7的生物合成推理（B）。1 = PIE-A1; 2 = PIE-C1。

作者发现一株产生PIE-A1和C1的陆生链霉菌S. conglobatus，其包含的PIEs生物合成基因簇（pie BGC）由322 kb片段隔开（图1A）。作者通过构建多基因同时缺失突变和随后的不同基因组合回补的策略，获得多个PIEs后修饰基因缺失突变株（图2A）。结果发现酰胺转移酶基因pieD缺失后产生化合物3和4（图1B，图2B），结构解析结果暗示其来源于PKS释放的β,δ-二酮羧酸的氧化降解产物，从而支持PieD在α-吡啶酮环形成中的羰基酰胺化功能（图1B）。缺失O-甲基转移酶基因pieB1后获得三个新产物5–7（图2B），其α-吡啶酮环均缺失C-5'位羟基的甲基化修饰（图1B），从而证实PieB1特异性催化C-5'位O-甲基化修饰。此外，作者对衍生化合物进行了药用活性分析，为PIEs抗肿瘤活性的构效关系提供了线索。本工作解析了PIEs分子药效基团α-吡啶酮形成和修饰的两个重要生物合成步骤，为通过合成生物学获得结构多样性的PIEs衍生物提供了参考。

图2. 通过构建多基因同时缺失突变和不同基因组合回补的策略，获得多个PIEs基因缺失突变菌株（A）; LC-MS分析突变株发酵产物（B）。RJ8为突变出发菌株。

文章名称：

Investigation of the carbonyl amidation and O-methylation during biosynthesis of the pharmacophore pyridyl of antitumor piericidins

创作团队：

Wanlu Li*，Wenyu Zhang*，Yijia Cheng，Yaoyao Shen，Jianzhao Qi，HouWen Lin，Yongjun Zhou

       *第一作者：

• 李晚露，硕士生，上海交通大学医学院

• 张文禹，硕士生，上海交通大学医学院和西北农林科技大学化学与药学学院联合培养

研究项目资助：

国家自然科学基金

（32070070、31929001、31800031）

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