近年来，具有大环结构的核糖体肽类天然产物（Ribosomally synthesized and posttranslational modified peptides, RiPPs）的发现与研究取得了迅猛的发展，其生物合成中涉及的大环形成机制及丰富的酶化学也得到高度重视。作为此类化合物的典型代表，含有硫醚键交联的Nisin作为广谱抗生素在食品工业中应用已经超过80年的历史，迄今仍没有出现显著的抗药性问题。对具有复杂大环结构的核糖体肽类天然产物进行生物合成研究，挖掘大环骨架结构的形成机制，不仅可以揭示新的生物合成途径，发现新的化学反应和酶学机制，还可以助力新天然产物的发现，并为天然产物的发酵生产及生物工程改造提供基础。
近期，南京大学化学化工学院王欢（点击查看介绍）课题组对具有优良镇痛功能的第三类羊毛硫肽（Class III lanthipeptides）NAI-112的生物合成进行了系统研究。NAI-112具有特殊的labionin大环结构和首次在多肽天然产物中发现的色氨酸N-脱氧六碳糖修饰。王欢课题组解析了催化labionin大环结构形成的脱水环化酶AplKC的酶学机制,并表征了首例催化多肽中色氨酸N-糖基化修饰的糖基转移酶AplG。羊毛硫肽天然产物生物合成中的最后一步是由特定的蛋白酶将多肽底物中N端前导肽的切除。但长期以来，负责第三类羊毛硫肽前导肽移除的蛋白酶一直未得到解析，是该类天然产物的异源表达和生物工程改造的主要障碍。该项研究揭示了天然产物NAI-112的生物合成是利用具有endopeptidase和aminopeptidase两种催化功能的锌离子蛋白酶AplP完成前导肽移除这一关键步骤。这一发现首次展示了锌离子蛋白酶在羊毛硫肽天然产物的生物合成中的功能。进一步的，该项研究表明，此类蛋白酶负责了已知所有第三类羊毛硫肽天然产物的生物合成中前导肽的切除，是该类天然产物生物合成的普遍策略；但编码此类蛋白酶的基因往往不在多肽底物所在的基因簇中，而是位于基因组的其他位置。该项研究解答了长期悬而未决的第三类羊毛硫肽蛋白酶的身份问题，揭示了一类新型的锌离子依赖双功能蛋白酶，为该类天然产物的异源表达和结构改造提供了基础。
图1. 第三类羊毛硫肽天然产物的结构特点及NAI-112的生物合成路径
这一成果近期发表在Proc. Natl. Acad. Sci. U S A.上，文章第一作者为南京大学博士研究生陈少明。
王欢，民盟盟员，南京大学化学化工学院教授、博士生导师，“青年计划”入选者。