【摘要】：美登木素(maytansinoids)屬于安莎類大環(huán)內(nèi)酰胺,根據(jù)其來(lái)源可分為植物美登木素和細(xì)菌美登木素兩大類,都有極強(qiáng)的抗菌和抗腫瘤活性。2013年,首個(gè)針對(duì)實(shí)體瘤的抗體偶聯(lián)物藥物(antibody drug conjugates,ADC)ado-trastuzumab entansine(商品名Kadcyla)被FDA批準(zhǔn)用于治療HER2陽(yáng)性乳腺癌,美登木素ADC的研發(fā)再次引起了廣泛關(guān)注。然而,美登木素ADC的重要中間體—丙氨酰美登醇的制備仍然是采用傳統(tǒng)方法,即以安絲菌素(細(xì)菌美登木素)為原料,經(jīng)還原脫去C-3位酯基,然后再選擇性丙氨�；Ｔ摲椒ú坏杀靖�、產(chǎn)率低,還有不易分離除去的副產(chǎn)物,嚴(yán)重阻礙美登木素ADC的研究、生產(chǎn)和臨床應(yīng)用。通過(guò)生物合成高效制備丙氨酰美登醇將可能極大加快美登木素ADC的研發(fā)進(jìn)程,由此開展了本學(xué)位論文研究。本論文共分為五個(gè)章節(jié)。第一章為前言,對(duì)安莎類抗生素的結(jié)構(gòu)類型、生理活性和生物合成進(jìn)行了綜述,對(duì)美登木素的生物合成、生物活性和來(lái)源進(jìn)行了詳細(xì)綜述。第二章詳細(xì)描述了本論文研究所涉及的實(shí)驗(yàn)材料與方法。第三章使用生物信息學(xué)方法挖掘得到多個(gè)具有不同排列方式的細(xì)菌美登木素基因簇,并重構(gòu)了其可能的祖先基因簇和進(jìn)化過(guò)程;發(fā)現(xiàn)稀有放線菌Amycolatopsis alba DSM 44262菌株的asc基因簇具有獨(dú)特的基因排列方式;通過(guò)基因失活和飼喂實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了安莎生物合成起始單元3-氨基-5-羥基苯甲酸(3-amino-5-hydroxybenzoic acid,AHBA)的生物合成與其它代謝途徑的協(xié)同作用。第四章以asc基因簇為對(duì)象,研究了細(xì)菌美登木素糖苷的后修飾途徑。首次報(bào)道了美登木素糖苷C-3'位O-甲基轉(zhuǎn)移酶基因orf9和C-3位O-氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶基因asc21b;深入研究了其它重要后修飾基因的功能,包括酰胺N-糖基轉(zhuǎn)移酶基因asc25、4,5-環(huán)氧化酶基因asc11和O-氨甲�；D(zhuǎn)移酶基因asc21a;通過(guò)基因失活和異源表達(dá)實(shí)驗(yàn),分離得到了系列美登木素衍生物,包括七個(gè)新化合物,其中兩個(gè)顯示了良好的抗腫瘤活性,有潛力成為美登木素ADC的先導(dǎo)化合物;4,5-環(huán)氧化酶基因asc11的異源表達(dá)得到了美登醇產(chǎn)量提高的突變株,有潛力成為美登醇的替代來(lái)源。第五章以安莎三烯的丙氨�；窤stC為研究對(duì)象,對(duì)其基因缺失突變株的代謝物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了安莎三烯聚酮骨架的多樣性,并提出了推測(cè)的生物合成途徑;通過(guò)異源表達(dá)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)AstC可以在體內(nèi)催化N-desmethyl-4,5-desepoxy-maytansinol C-3位羥基的丙氨�；�,得到一個(gè)具有良好抗腫瘤活性的新化合物,提示AstC可以用于丙氨酰美登醇的合成;本章還構(gòu)建了 AstC蛋白TE-結(jié)構(gòu)域的系列截短體,并初步探索其結(jié)晶的條件,為理性改造AstC的TE-結(jié)構(gòu)域使其更高效地識(shí)別美登醇為底物打下了基礎(chǔ)。綜上,本論文綜合應(yīng)用生物信息學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、合成生物學(xué)等前沿學(xué)科,圍繞細(xì)菌美登木素的生物合成和藥用功能導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開了系統(tǒng)研究。本課題的成果不僅為解決美登木素來(lái)源的問(wèn)題提供了新的思路,而且發(fā)現(xiàn)了這類天然產(chǎn)物的新型構(gòu)效關(guān)系,為美登木素類藥物的研發(fā)提供了潛在先導(dǎo)化合物和理論基礎(chǔ),還進(jìn)一步揭示了安莎骨架的多樣性、聚酮合酶和酰胺合酶的底物兼容性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)美登木素類化合物丙氨�；纳锖铣赏緩�,對(duì)探索天然藥物發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新的新途徑有重要意義。
【圖文】：

／／和咕／－Ａ0參與ＡＨＢＡ的合成（圖１．１０）７５。進(jìn)一步研宄發(fā)現(xiàn)，參與前期步驟的項(xiàng)：－逡逑Ｍ－７Ｖ基因?qū)Γ粒龋拢辽锖铣蓙?lái)說(shuō)是必不可少的７６，邋７７。而后期的氨基莽草酸途徑逡逑與初級(jí)代謝的莽草酸途徑平行（圖１．１0）５９，７８＾，莽草酸途徑的酶也可能非特異性逡逑地參與ＡＨＢＡ的合成

邐ＤＨＳ邐莽草酸逡逑圖１．１０邋ＡＨＢＡ和莽草酸的生物合成途徑。逡逑Ｆｉｇ．邋１．１０邋Ｔｈｅ邋ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ｏｆ邋ＡＨＢＡ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｓｈｉｋｉｍｉｃ邋ａｃｉｄ．逡逑１．２．２．２美登木素聚酮骨架的生物合成逡逑與經(jīng)典的Ｉ型聚酮和大部分安莎化合物不同，基因簇的四個(gè)ＰＫＳ基因是逡逑分散排列的。對(duì)于安絲菌素骨架的合成，，首先通過(guò)加載模塊（ｌｏａｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ）加載逡逑２１逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R914


本文編號(hào)：2707280