近日，國際化學領域頂級期刊Angewandte Chemie International Edition（IF:16.6）在線刊登了我校中藥學院董廖斌課題組的最新研究成果“Discovery, Structure, and Engineering of a cis-Geranylfarnesyl Diphosphate Synthase”。我校2020級博士研究生李芳茹、2021級碩士研究生王慶淩為本文的共同第一作者，董廖斌教授為本文獨立通訊作者，彩神為唯一通訊單位。

異戊烯基轉移酶催化烯丙基底物與異戊烯基焦磷酸之間的連續縮合反應生成鏈狀焦磷酸前體，隨後被萜類環化酶催化形成結構多樣的萜類碳環骨架。根據縮合反應形成的雙鍵構型差異，異戊烯基轉移酶分為反式和順式兩種類型。絕大多數萜類環化酶以反式線性焦磷酸為底物，但也有部分環化酶能夠利用順式線性焦磷酸產生單萜、倍半萜和二萜等萜類天然產物。然而，迄今為止，尚未有生物合成C25順式線性焦磷酸的異戊烯基轉移酶的報道。

董廖斌課題組從棒狀鏈黴菌中發現並鑒定了一種新型順式-香葉基法尼基焦磷酸合酶ScGFPPS，該酶能夠催化C5、C10和C15焦磷酸底物分別與異戊烯基焦磷酸縮合產生3個C25和3個C20順式焦磷酸產物（圖A）。通過X射線晶體學獲得了ScGFPPS的蛋白晶體結構。不同於已報道的所有該家族異戊烯基轉移酶，ScGFPPS顯示出一個完全對稱的“蝴蝶型”結構（圖B）。同時，首次闡明了專一性合成全順式C20焦磷酸產物的異戊烯基轉移酶NNPS的蛋白晶體結構（圖B）。對比ScGFPPS和NNPS的蛋白晶體結構，揭示了影響催化功能的關鍵氨基酸殘基位點。進一步基於兩種酶-底物複合物模型，對差異氨基酸殘基進行定點突變，顯著提高了ScGFPPS的催化活性以及形成單一順式線性焦磷酸產物的選擇性。該項研究通過蛋白晶體結構的比對指導酶的工程化改造，促進了順式異戊烯基轉移酶在萜類天然產物生物合成領域的應用，並推動了複雜萜烯結構的生物合成研究。

上述工作得到了國家自然科學基金麵上項目（82073746），國家青年人才項目，“江蘇特聘教授”及雙一流高校項目（CPUQNJC22_04）等項目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202401669

圖A：ScGFPPS的功能表征；圖B：ScGFPPS及NNPS的蛋白晶體結構

（供稿單位：中藥學院，撰稿人：王增援，審稿人：沈玲玲）