CN108913672B - 一种新型异戊烯转移酶及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种新型的PSL家族异戊烯基转移酶，该酶具有底物广谱性，能以多种环二肽和异戊烯基为底物，产生多种drimentines前体化合物。本发明的新型异戊烯转移酶，其氨基酸序列为SEQ ID NO:1。本发明异戊烯转移酶的应用，是将异戊烯基供体结合到环二肽类化合物上。本发明的异戊烯转移酶通过对环二肽异戊烯化产生一些类drimentine类前体化合物，为二酮哌嗪类化合物的药物研制提供一个新策略。

Description

一种新型异戊烯转移酶及其应用
技术领域
本发明属于基因工程和生物制药技术领域，具体涉及一种新型phytoene-synthase-like(PSL)家族异戊烯转移酶及其应用。
背景技术
异戊烯基广泛存在于许多活性天然产物中，如生物碱、黄酮等化合物。天然产物中异戊烯基的引入不仅极大丰富了化合物结构多样性，而且因其亲脂性的增加而增强了与药物靶点的亲和力及生物利用度，改善药代动力学特性，从而提高了成药性。大量构效关系研究表明，异戊烯基芳香族化合物的生物活性源于芳香类化合物骨架上取代的异戊烯基。由于天然产物结构复杂多样，通过化学法进行异戊烯基化困难，利用底物广谱性异戊烯基转移酶进行异戊烯基化为此提供了新策略。
芳香族异戊烯转移酶可以将异戊烯单元融入含有芳环的化合物，从而形成生物体初级代谢或次级代谢中具有多种生物学功能的活性分子。phytoene-synthase-like(PSL)家族异戊烯转移酶是一类新发现以含有芳环的化合物为底物的异戊烯基转移酶，生物信息学分析显示其属于八氢番茄红素合酶，与典型的芳香族异戊烯转移酶在进化距离上较远。目前唯一报道的PSL家族转移酶是来源于Streptomyces sp.MA37中neocarazostatin生物合成过程中的NzsG，但是它具有极强的底物特异性，只能将dimethylallyl pyrophosphate(DMAPP)转移到precarazostatin。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型phytoene-synthase-like(PSL)家族异戊烯基转移酶，具有底物广谱性，能以多种环二肽和异戊烯基为底物，产生多种drimentines前体化合物。
本发明首先提供一种新型异戊烯转移酶，包含有：
a)氨基酸序列为SEQ ID NO:1的蛋白酶；
b)通过对(a)中的氨基酸缺失、取代、插入或添加一个或几个氨基，并具有a)中酶活性的蛋白酶。
编码上述蛋白酶的基因，其一种核苷酸序列为SEQ ID NO:2；
本发明再一个方面提供一种重组表达载体，所述的重组表达载体中携带有上述的基因；
本发明异戊烯转移酶的应用，是将异戊烯基供体结合到环二肽类化合物上；
所述的异戊烯基供体试剂为dimethylallyl pyrophosphate(DMAPP)、(geranylpyrophosphate)GPP、(farnesyl pyrophosphate)FP或(geranylgeranyl pyrophosphate)GGPP。
所述的环二肽为cyclo(L-Trp-L-Xaa),其中Xaa为Val、Pro、Leu、Ile、Ala、Thr、Gln、Phe或Tyr。
本发明的异戊烯转移酶通过对环二肽异戊烯化产生一些类drimentine类前体化合物，为二酮哌嗪类化合物的药物研制提供一个新策略。
附图说明
图1：本发明构建的表达载体构建验证电泳图；
图2：本发明中纯化的异戊烯转移酶DmtC1的SDS-PAGE分析电泳图；
图3：本发明中DmtC1与不同环二肽底物反应的高效液相色谱(HPLC)图；
图4：本发明中DmtC1与cWP反应的质谱(MS)谱图；
图5：本发明中DmtC1与cWV反应的质谱(MS)谱图；
图6：本发明中DmtC1与不同异戊烯基反应的高效液相色谱(HPLC)图；
图7：本发明中DmtC1与GPP反应的质谱(MS)谱图；
图8：本发明中DmtC1与GGPP反应的质谱(MS)谱图。
具体实施方式
申请人在研究海洋链霉菌Streptomyces youssoufiensis OUC6819中异戊烯化二酮哌嗪类化合物drimentines生物合成机制过程中，发现了具有底物广谱性的PSL型异戊烯转移酶DmtC1。体外生化实验研究显示DmtC1具有底物广谱性，能以多种环二肽和异戊烯基为底物，产生多种drimentines前体化合物，为二酮哌嗪类化合物的药物研制提供一个新策略。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：异戊烯转移酶基因的克隆
1、基因组DNA的提取
将海洋链霉菌Streptomyces youssoufiensis OUC6819接种于TSBY液体培养基中，30℃培养，离心收集菌体，用1mL的STE buffer洗涤；加入500uL STE buffer配制的3～5mg/ml溶菌酶溶液，充分悬浮菌体，于37℃水浴30min，至细胞成为半透明状；加入250uL6％的SDS，上下轻轻混匀，继续37℃水浴至澄清；加入1/10体积的3M NaAc(pH＝4.8)后，再加入200uL酚:氯仿:异戊醇(25:24:1；v/v/v)，混合，12000rpm离心；移取上层清液，反复用酚:氯仿:异戊醇抽提，至中间层无蛋白杂质，转移上清，加入等体积的异丙醇，混合直至有白色絮状DNA沉淀析出；挑出絮状沉淀，用70％的乙醇洗涤1次；室温晾干后，用适量的TE溶解基因组DNA，备用。
2、重组载体的构建
设计引物对：P1：5’-CCGGAATTCACCCGCCAGGAAATGGACG-3’/P2：5’–CCGCTCGAGCGTCGAGTCGGCGGTCAGGG-3’，将上述制备的海洋链霉菌Streptomycesyoussoufiensis OUC6819的T-DNA稀释10倍作为模板进行PCR。引物对P1’/P2’用来扩增异戊烯转移酶的功能基因，下划线分别为EcoRI和XhoI的酶切位点。
PCR反应体系：
引物对P1和P2各5μl(50pmol)，模板5μl，10×Reaction Buffer 10μl，2.5mM dNTP10μl，25mM MgCl2 6μl，pfu DNA Polymerase 1μl(5U/μl)，加ddH2O至100μl。
PCR条件：
功能基因扩增条件，98℃变性2min；95℃10s，66.3℃15s，72℃10s，25循环；72℃5min。将其克隆到表达载体pET-32a上，构建重组质粒pET-32a-dmtC1，转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，挑选阳性克隆，利用EcoRI和XhoI进行酶切验证，结果如图1(panel ii i)所示，得到与预期一致大小的目的片段。将验证正确的克隆子进行序列测定，测序结果表明基因的核苷酸序列为SEQ ID NO:2，其编码的蛋白酶的氨基酸序列为SEQ ID NO:1。
3.DmtC1基因在大肠杆菌中的表达与纯化
将构建的重组载体导入大肠杆菌BL21(DE3)中，过夜菌液接种于1L含有50μg mL-1氨苄青霉素LB液体培养基，37℃培养至OD600约为0.8，加入0.05mM异丙基硫代半乳糖苷(IPTG),于16℃继续培养16小时。离心收集菌体，用缓冲液(0.05M Tris-HCl,0.5M NaCl,pH7.5,containing cOmpleteTM protease inhibitor cocktail)重溶菌体，超生破碎菌体，经镍柱纯化，SDS-PAGE检测(图2)，将纯度较高的酶进行浓缩置换至缓冲液(0.025M Tris-HCl,0.02M NaCl,and 10％glycerol,pH 7.5)中，-80保存备用。
实施例2：DmtC1的体外酶活检测
体外酶活反应体系
50mM Tris-HCl(pH 7.5)缓冲液，2.5mM MgCl2,10μM DmtC1,1mM环二肽(cWP(1)/cWV(2)),0.2mM FPP
反应条件：30℃,60min,反应结束后加入等体积的甲醇终止反应，17,000xg离心30min除去反应体系中的蛋白。所得上清，进行HPLC检测分析。HPLC检测条件：使用反相YMC-Pack ODS-AQ C18column(规格：50mm×4.6mm,5μm,
Figure BDA0001743653100000041
)；柱温30℃；洗脱条件：0-5min10％A相(乙腈+0.1％甲酸)和90％(ddH2O+0.1％甲酸)；5-15min梯度洗脱，10％-50％A相和90％-50％B相；15.1-25min梯度洗脱，80％-100％A相和20％-0％B相；25-35min等度洗脱，100％A相和0％B相；检测波长为300nm；流速为1mL min-1。从HPLC获得的谱图(图3)看，反应后出现了新的吸收峰，说明酶促反应发生。将获得的产物进行高分辨质谱(HRMS)分析(图4-5)。从MS谱图(图4)上看，panel ii中产物3[M+H]+为488.3274，与FPP-cWP化合物分子量([M+H]+理论值为488.3232)一致；panel iv中产物4[M+H]+为490.3429，与FPP-cWV化合物分子量([M+H]+理论值为490.3389)一致(图5)。
实施例3：DmtC1对不同异戊烯基的转异戊烯作用
以cWP作为底物，将实施例2中酶反应体系中的FPP替换为DMAPP、GPP或GGPP时，终止反应后进行HPLC检测(图6)和HRMS分析(图7-8)，panel ii i中产物5的[M+H]+为420.2647，与GPP-cWP化合物分子量([M+H]+理论值为420.2606)一致(图7)；panel v产物6的[M+H]+为556.3896，与GGPP-cWP化合物分子量([M+H]+理论值为556.3858)一致(图8)。从而证明本发明的异戊烯转移酶具有底物广谱性，具有很好的应用前景。
序列表
<110> 中国海洋大学
<120> 一种新型异戊烯转移酶及其应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 311
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
Met Thr Arg Gln Glu Met Asp Ala Ala Glu Ile Arg Asp Pro Leu Leu
1 5 10 15
Arg Glu Ala Tyr Ala Leu Cys Glu Thr Val Leu Gln Glu Glu Asn His
20 25 30
Ala Ser His Thr Trp Met Arg Asp Gln Leu Arg Pro Asp Arg Arg Pro
35 40 45
Tyr Trp Asp Ala Met Ile Ala Phe Cys Gly His Ala Asp Asp Leu Val
50 55 60
Asp Ala Leu Asn Val Pro Leu Val Glu Arg Leu Arg Arg Tyr Asp Ala
65 70 75 80
Phe Thr Gln Asp Phe Phe Arg Met Leu His Ala Thr Arg Gln Ala Ser
85 90 95
Pro Ala Thr Val Leu Gly Pro Leu Pro Gly Thr Pro Gly Arg Arg Ser
100 105 110
Pro Gly Asp Gly Val Arg Leu Val Ser Leu Ala Phe Cys Asp Phe Val
115 120 125
His Thr Trp Arg Leu Ser Glu Thr Gly Val Arg Gln Ala Gly Gln Ala
130 135 140
Leu Arg Thr Asp Ile Thr Thr Glu Ala Tyr Asp Thr Ala Ser Ala Leu
145 150 155 160
Glu Gln Tyr Met Leu Gly Val Ser Gly Glu Pro Ala Arg Trp Leu Ala
165 170 175
Val Leu Leu Gly Gln Arg Gly Gln Gly Leu Thr Glu Gly Ala Glu Asn
180 185 190
Ala Ala Ile Ser Trp Gly Phe Gly Ile Gln Thr Leu Asp Phe Leu Leu
195 200 205
Asp Ile Glu Glu Asp Leu Arg Leu Gly Lys Leu Tyr Val Pro Leu Asp
210 215 220
Asp Leu Arg Arg Cys Gly Leu Glu Arg Ala Glu Leu Glu Ser Ala Val
225 230 235 240
Ala Ala Arg Gln Pro Ser Gln Pro Leu Arg Asp Val Ile Gly Cys Gln
245 250 255
Leu Asp Arg Val Arg Arg Tyr Phe Thr Ala Ala Glu Gly Trp Leu Asp
260 265 270
Gln Glu Arg Pro Ala Gly Trp Glu Ala Ile Arg Asp Ser Leu Thr Glu
275 280 285
Gly Trp Ala Thr Val Asp Arg Ile Ala Arg Cys Asp His Asp Val Phe
290 295 300
Ala Leu Thr Ala Asp Ser Thr
305 310
<210> 2
<211> 936
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
atgacccgcc aggaaatgga cgcggccgag atccgcgacc cgctcctgcg ggaggcgtac 60
gccctgtgcg agacggtcct ccaggaggag aaccacgcat cccacacctg gatgcgcgac 120
caactccgac ccgaccgacg gccgtactgg gacgccatga tcgccttctg tgggcacgct 180
gacgacctgg tcgacgcgct caacgtgccg ctggtggagc ggctgcgccg ctacgacgcg 240
ttcacccagg acttcttccg catgctgcac gccacgcggc aggccagccc cgccaccgtg 300
ctcggcccgc tgcccggcac gccgggccgc cgctcgcccg gggacggggt gcgcctggtg 360
tcgctggcgt tctgcgactt cgtccacacc tggcggctgt ccgagacggg cgtccgccag 420
gccggtcagg cactgcgcac ggacatcacc accgaggcgt acgacacggc cagcgcgctg 480
gagcagtaca tgctcggtgt cagcggcgaa cccgcgcgct ggctcgccgt cctgctcggc 540
cagcgcgggc agggcctcac cgagggggcc gagaacgcgg cgatatcctg ggggttcggg 600
atccagacgc tggacttcct gctcgacatc gaggaagacc tgcgcctggg caagctctac 660
gtaccccttg acgacctgcg ccgctgcggc ctggagcgcg ccgagttgga gtcggccgtc 720
gcggcccggc agccctcgca gccgttgcgc gacgtgattg gctgtcaact ggatcgggtg 780
cgccggtact tcacggccgc cgaagggtgg ctcgaccagg agcgcccggc gggctgggag 840
gcgatccgcg actcgctcac cgagggctgg gccacggtgg accggatcgc ccgctgcgac 900
cacgacgtct tcgccctgac cgccgactcg acgtaa 936

Claims (10)

1.一种异戊烯转移酶，其特征在于，所述的异戊烯转移酶的氨基酸序列为SEQ ID NO:1。
2.一种基因，其特征在于，所述的基因编码权利要求1所述的异戊烯转移酶。
3.如权利要求2所述的基因，其特征在于，所述的基因的核苷酸序列为SEQ ID NO:2。
4.一种重组表达载体，其特征在于，所述的重组表达载体中携带有权利要求2所述的基因。
5.权利要求1所述的异戊烯转移酶将异戊烯基供体结合到环二肽类化合物上的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的异戊烯基供体试剂为dimethylallylpyrophosphate、geranyl pyrophosphate、farnesyl pyrophosphate或geranylgeranylpyrophosphate。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的环二肽为cyclo(L-Trp-L-Xaa),其中Xaa为Val、Pro、Leu、Ile、Ala、Thr、Gln、Phe或Tyr。
8.一种将异戊烯基供体结合到环二肽类化合物的方法，其特征在于，所述的方法是使用权利要求1所述的异戊烯转移酶将异戊烯基供体结合到环二肽类化合物上。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的环二肽为cyclo(L-Trp-L-Xaa),其中Xaa为Val、Pro、Leu、Ile、Ala、Thr、Gln、Phe或Tyr。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的异戊烯基供体试剂为dimethylallylpyrophosphate、geranyl pyrophosphate、farnesyl pyrophosphate或geranylgeranylpyrophosphate。
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