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在探索生命科學的奧秘中，紫杉醇這一神奇的藥物始終占據(jù)著舉足輕重的地位。作為一種抗擊癌癥的利器，紫杉醇的結構復雜，它由一個高度活躍的碳骨架和一條帶有苯基異亮氨酸的側鏈構成。然而，正是這種構造，使得紫杉醇的合成之路充滿了挑戰(zhàn)。
研究人員對紫杉醇的生物合成路徑進行了長達半個世紀的研究，但仍有許多關鍵的轉化步驟隱藏在迷霧之中。特別是，氧化四環(huán)烷環(huán)的形成和C9位碳原子的氧化過程，至今仍是一個未解之謎，它們像兩座高峰，阻擋在我們理解紫杉醇合成路徑的道路上。
在這條合成路徑中，找到負責氧化四環(huán)烷環(huán)和C9位氧化的關鍵酶，就像是找到了一把鑰匙，能夠將紫杉醇生物合成的各個孤立環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，形成一條完整的鏈條。
隨著紫杉醇在癌癥治療中的應用越來越廣泛，市場對它的需求也在不斷攀升。然而，目前依賴天然資源提取的半合成生產(chǎn)方法，已經(jīng)無法滿足這種日益增長的需求。這就像一條狹窄的通道，無法承載日益增多的行人。
幸運的是，合成生物學的興起為我們提供了一條新的道路。通過合成生物學，我們有望實現(xiàn)紫杉醇的綠色、可持續(xù)生產(chǎn)。因此，揭開紫杉醇生物合成路徑的神秘面紗，不僅能夠滿足市場需求，更能夠推動合成生物學的發(fā)展，開啟一個全新的綠色制藥時代。
2024年1月26日，國際頂級期刊Science(IF:56.9)在線發(fā)表了基因組所閆建斌研究員與北京大學雷曉光教授等合作完成的最新研究：“Characterization and heterologous reconstitution of Taxus biosynthetic enzymes leading to baccatin III"。該研究不僅揭示了紫杉醇生物合成中的關鍵酶和步驟，而且為合成生物學生產(chǎn)紫杉醇提供了新的策略和方法，有助于減少對天然資源的依賴，滿足市場對紫杉醇不斷增長的需求。該研究成果標志著我國在紫杉醇合成生物學理論和技術方面位于地位。
研究思路
環(huán)氧化催化關鍵酶-TOT1的解析
在探索紫杉醇這一神奇藥物的背后，研究人員采取了一系列精妙的實驗步驟，揭示了TOT1基因在氧化環(huán)形成中的關鍵角色。首先，他們運用了一種巧妙的篩選策略。基于紫杉烷生物合成途徑的知識，研究人員將CYP725A家族的基因分為三個小組，并在煙草葉片中同時表達了這三組基因。隨后，他們使用液相色譜質譜分析技術來檢測底物的氧化產(chǎn)物。
接著，他們進行了活性篩選。在表達了第二組基因的葉片中，研究人員觀察到了明顯的底物氧化產(chǎn)物峰，這表明該組基因中可能含有他們尋找的酶。
為了驗證這一假設，研究人員單獨表達了第二組中的每一個基因。他們發(fā)現(xiàn)，當Chr9_74725878基因被表達時，底物氧化產(chǎn)物的數(shù)量顯著增加。這一發(fā)現(xiàn)證明了該基因編碼的蛋白質具有催化氧化環(huán)形成的能力。
基于這一發(fā)現(xiàn)，該基因被命名為TOT1，并通過體外表達和底物喂養(yǎng)實驗進一步驗證了其功能。
為了深入了解TOT1的作用機理，研究人員運用了結構模擬和反應機理計算的方法。他們的研究揭示了TOT1介導的氧化環(huán)形成反應機理，即它能直接將烯基轉化為環(huán)氧化物和氧化環(huán)。
最后，為了驗證TOT1在紫杉醇生物合成中的關鍵作用，研究人員在紫杉植物中敲低了TOT1的表達。他們觀察到，百菌素和紫杉醇的含量隨之降低，這一結果進一步證明了TOT1在紫杉醇生物合成中的重要性。
（圖片來自原文）
紫杉醇氧化烷基環(huán)形成機制
TOT1是一種具有雙重功效的氧化酶。能夠將紫杉醇中的烯基直接轉化為環(huán)氧化物，進而形成氧化烷基環(huán)。這一過程無需經(jīng)過環(huán)氧化物作為中間體的傳統(tǒng)路徑，而是通過一種更為直接和高效的轉化方式。
在TOT1的催化下，烯基首先經(jīng)歷氧化反應，形成環(huán)氧化物。然而，這個環(huán)氧化物并非故事的終點，而是通過一系列結構重排，最終演變成為氧化烷基環(huán)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了人們對氧化烷基環(huán)形成機制的傳統(tǒng)認知，為理解紫杉醇的生物合成過程帶來了新的視角。
（圖片來自原文）
通過精確的計算模擬和深入的結構分析，研究人員揭示了TOT1催化氧化烷基環(huán)形成的詳細反應機理。他們觀察到了過渡態(tài)和中間體的形成，這些都是在TOT1催化下發(fā)生的微妙變化。
（圖片來自原文）
特別值得注意的是，模擬計算結果顯示，氧化烷基環(huán)產(chǎn)物的形成在能量上和動力學上都是優(yōu)先的，這與實驗結果不謀而合。這一發(fā)現(xiàn)不僅驗證了計算模型的準確性，也為紫杉醇的生物合成提供了新的科學依據(jù)。
這一機制的創(chuàng)新之處在于，它打破了我們以往對環(huán)氧化物作為中間體形成氧化烷基環(huán)的認知壁壘，為氧化烷基環(huán)的形成提供了全新的解釋。
C9羥基化酶的突破
研究人員采取了一系列精確的實驗步驟，最終揭示了關鍵的C9羥基化酶T9αH1。
首先，研究人員對不同組織中的紫衫素含量進行了分析，發(fā)現(xiàn)紫衫素主要在Taxus植物的根部積累，而在針葉和樹皮中的含量則相對較低。
接著，他們對紫衫素生物合成途徑中已知基因的表達模式進行了研究，發(fā)現(xiàn)這些基因在根部高度表達，與紫衫素的含量分布密切相關。
進一步地，研究人員對CYP725A家族基因的組織特異性表達模式進行了分析，并從中篩選出了17個潛在的候選基因。
為了鑒定這些候選基因中是否含有合成紫衫素所需的C9羥基化酶，研究人員在煙草植物中逐一表達了這些候選基因，并同時表達了已知的紫衫素生物合成基因。他們通過檢測是否能夠合成紫衫素來評估這些候選基因的功能。
實驗結果顯示，只有Chr9_26460669基因的表達使得煙草能夠合成紫衫素。這一發(fā)現(xiàn)證實了Chr9_26460669基因編碼了C9羥基化酶，并被命名為T9αH1。
為了進一步驗證T9αH1的C9羥基化酶活性，研究人員在煙草中表達了T9αH1，并成功檢測到了紫衫素的生成。
通過這一系列精妙的實驗步驟，研究人員不僅成功從候選基因中篩選并鑒定出了C9羥基化酶T9αH1，而且補了巴卡丁III生物合成途徑中的一個關鍵空白。
（圖片來自原文）
人工重建巴卡丁III生物合成途徑
研究人員首先在煙草葉片中同時共表達了已知參與巴卡丁III生物合成的基因，包括TXS、T5αH、T13αH、T2αH、T7βH、TAT和TBT。
接著，他們在上述已知基因的基礎上，加入了新發(fā)現(xiàn)的兩個關鍵基因TOT和T9αH，為巴卡丁III的生物合成途徑增添了新的力量。
隨后，研究人員在煙草葉片提取物中檢測到了一個新產(chǎn)物峰，其質譜和保留時間與巴卡丁III一致，這表明他們可能已經(jīng)成功合成巴卡丁III。
為了進一步確認這個新產(chǎn)物的身份，研究人員運用了MS/MS分析技術，結果確認該新產(chǎn)物確實是巴卡丁III。
為了鑒定巴卡丁III生物合成的核心途徑，研究人員逐一移除了每個基因，發(fā)現(xiàn)只有當所有9個基因同時表達時才能產(chǎn)生巴卡丁III，這證明了這9個基因構成了巴卡丁III生物合成的核心途徑。
（圖片來自原文）
此外，他們還發(fā)現(xiàn)TAT不僅可以催化C10位的乙酰化，而且T10βH在C10位氧化反應中可以被T5αH等其他酶取代。
特別值得注意的是，盡管DBAT被認為是C10位乙?；年P鍵酶，但研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在沒有DBAT的情況下，巴卡丁III仍然可以合成，這表明TAT可能也具有C10位的乙?；δ?。
通過人工共表達關鍵基因，研究人員成功地在煙草中重建了巴卡丁III的生物合成途徑，為進一步通過合成生物學生產(chǎn)紫杉醇提供了堅實的基礎。
核心基因的功能協(xié)同
在探索巴卡丁 III 生物合成過程的奧秘中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列核心基因之間功能協(xié)同性的顯著特征。首先，TOT、T9αH等基因主要在根部表達，與下游基因的表達模式相似，表明這些基因在組織水平上存在協(xié)同表達的現(xiàn)象。
其次，經(jīng)過茉莉酸處理后，這些基因的表達模式呈現(xiàn)協(xié)同上調的趨勢，與下游基因的表達模式相似，這提示茉莉酸可能參與協(xié)同調控這些基因。
此外，這些基因的表達之間存在顯著的正相關性，而與T14βH的表達模式不同，這表明它們之間存在協(xié)同調控關系。
在亞細胞水平上，這些酶主要定位于內質網(wǎng)，與質體和細胞質中的酶存在協(xié)同作用，形成協(xié)同代謝途徑。
進一步地，這些基因構成的代謝網(wǎng)絡呈現(xiàn)復雜的網(wǎng)絡狀而非線性，形成協(xié)同的代謝途徑。
最后，這些基因在染色體上的分布位置存在關聯(lián)，暗示它們之間可能存在協(xié)同進化關系。
綜合來看，這些核心基因在表達模式、調控、亞細胞定位、代謝途徑等方面存在協(xié)同性，共同參與巴卡丁 III 的生物合成過程。
（圖片來自原文）
綜上所述，本研究確定了紫杉科植物中催化生成抗癌藥物紫杉醇的關鍵酶。紫杉醇的結構復雜，包含一個功能化的二萜核心骨架(巴卡丁III)和苯異戊烯?；鶄孺?。盡管在過去五十年中進行了大量的研究，但巴卡丁III的完整生物合成途徑仍不清楚。研究人員通過對紫杉醇生物合成途徑的篩選，發(fā)現(xiàn)了一個雙功能細胞色素P450酶TOT1,它催化了紫杉醇中氧雜環(huán)的形成。通過共表達其他已知的參與巴卡丁 III合成的基因，研究人員成功地在煙草中人工重建了巴卡丁 III的生物合成途徑。這項研究為利用合成生物學手段綠色高效制造紫杉醇提供了可能。
翌圣助力產(chǎn)品
在該研究中，研究團隊使用了翌圣生物染料法熒光定量qPCR試劑進行基因表達分析：
(圖片來自原文)
目前翌圣qPCR mix系列的產(chǎn)品已經(jīng)榮登Nature、 Cell等多個頂級期刊，獲得科研大牛們認可！以下僅展示部分助力發(fā)表的高分文章：
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[2] Seki T, Yang Y, Sun X, et al. Brown-fat-mediated tumour suppression by cold-altered global metabolism. Nature. 2022;608(7922):421-428. doi:10.1038/s41586-022-05030-3. (IF=69.504)
[3] Chen P, Wang W, Liu R, et al. Olfactory sensory experience regulates gliomagenesis via neuronal IGF1. Nature. 2022;606(7914):550-556. doi:10.1038/s41586-022-04719-9.(IF=69.504)
[4] Dong W, Zhu Y, Chang H, et al. An SHR-SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation. Nature. 2021;589(7843):586-590. doi:10.1038/s41586-020-3016-z.(IF=69.504)
[5] Lu XY, Shi XJ, Hu A, et al. Feeding induces cholesterol biosynthesis via the mTORC1-USP20-HMGCR axis. Nature. 2020;588(7838):479-484. doi:10.1038/s41586-020-2928-y.(IF=69.504)
[6] Bi X, Wang K, Yang L, et al. Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes. Cell. 2021;184(5):1377-1391.e14. doi:10.1016/j.cell.2021.01.046.(IF=66.850)
[7] Liu S, Hua Y, Wang J, et al. RNA polymerase III is required for the repair of DNA double-strand breaks by homologous recombination. Cell. 2021;184(5):1314-1329.e10. doi:10.1016/j.cell.2021.01.048.(IF=66.850)
[8] Liu CX, Li X, Nan F, et al. Structure and Degradation of Circular RNAs Regulate PKR Activation in Innate Immunity. Cell. 2019;177(4):865-880.e21. doi:10.1016/j.cell.2019.03.046.(IF=66.850)
[9] Han X, Wang R, Zhou Y, et al. Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-Seq. Cell. 2018;172(5):1091-1107.e17. doi:10.1016/j.cell.2018.02.001.(IF=66.850)
[10] Chai Q, Yu S, Zhong Y, et al. A bacterial phospholipid phosphatase inhibits host pyroptosis by hijacking ubiquitin. Science. 2022;378(6616):eabq0132. doi:10.1126/science.abq0132.(IF=63.714)
[11] Yu Q, Liu S, Yu L, et al. RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials. Nat Biotechnol. 2021;39(12):1581-1588. doi:10.1038/s41587-021-00982-9.(IF=68.164)
[12] Han F, Liu X, Chen C, et al. Hypercholesterolemia risk-associated GPR146 is an orphan G-protein coupled receptor that regulates blood cholesterol levels in humans and mice. Cell Res. 2020;30(4):363-365. doi:10.1038/s41422-020-0303-z.(IF=46.297)
[13] Wang Z, Lu Z, Lin S, et al. Leucine-tRNA-synthase-2-expressing B cells contribute to colorectal cancer immunoevasion. Immunity. 2022;55(6):1067-1081.e8. doi:10.1016/j.immuni.2022.04.017.(IF=43.474)
[14] Bi Q, Wang C, Cheng G, et al. Microglia-derived PDGFB promotes neuronal potassium currents to suppress basal sympathetic tonicity and limit hypertension. Immunity. 2022;55(8):1466-1482.e9. doi:10.1016/j.immuni.2022.06.018.(IF=43.474)
[15] Wang X, Ni L, Wan S, et al. Febrile Temperature Critically Controls the Differentiation and Pathogenicity of T Helper 17 Cells. Immunity. 2020;52(2):328-341.e5. doi:10.1016/j.immuni.2020.01.006.(IF=43.474)
[16] Xiao J, Li W, Zheng X, et al. Targeting 7-Dehydrocholesterol Reductase Integrates Cholesterol Metabolism and IRF3 Activation to Eliminate Infection. Immunity. 2020;52(1):109-122.e6. doi:10.1016/j.immuni.2019.11.015.(IF=43.474)
[17] Zhang X, Zhang C, Qiao M, et al. Depletion of BATF in CAR-T cells enhances antitumor activity by inducing resistance against exhaustion and formation of central memory cells. Cancer Cell. 2022;40(11):1407-1422.e7. doi:10.1016/j.ccell.2022.09.013.(IF=38.585)
[18] Wang XY, Wei Y, Hu B, et al. c-Myc-driven glycolysis polarizes functional regulatory B cells that trigger pathogenic inflammatory responses. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):105. Published 2022 Apr 18. doi:10.1038/s41392-022-00948-6.(IF=38.104)
[19] Fan H, Hong B, Luo Y, et al. The effect of whey protein on viral infection and replication of SARS-CoV-2 and pangolin coronavirus in vitro. Signal Transduct Target Ther. 2020;5(1):275. Published 2020 Nov 24. doi:10.1038/s41392-020-00408-z.(IF=38.104)
[20] Ren Y, Wang A, Wu D, et al. Dual inhibition of innate immunity and apoptosis by human cytomegalovirus protein UL37x1 enables efficient virus replication. Nat Microbiol. 2022;7(7):1041-1053. doi:10.1038/s41564-022-01136-6.(IF=30.964)
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