分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章，文章的题目是“Cryptic enzymatic assembly of peptides armed with β-lactone warheads”，通讯作者为曼彻斯特大学化学生物学系的Jason Micklefield教授，主要研究方向是生物合成。
与生物靶标形成不可逆结合的共价抑制剂在现代药物发现中正受到越来越广泛的重视。这类抑制剂的设计往往受天然产物的启发，以β-内酰胺，β-内酯，环氧酮等亲电弹头作为功能基团，起到对蛋白靶标的共价抑制作用。Cystargolide和Belactosin作为两种在体外实验中表现出良好蛋白酶体抑制活性的含β-内酯的肽，存在巨大的研究潜力。然而，虽然两者的生物合成基因簇已被测序，但是组装这两种含β-内酯肽的酶尚未被表征。本文中，作者首先探明了Cystargolide和Belactosin合成途径中各个酶在β-内酯弹头合成中的作用，阐明了CysGFE三步串联反应生成β-内酯的酶催化反应途径。此处作者发现CysG对底物1a的C1号位甲基化为后续的成环反应起到了十分重要的作用。使用腺苷酸形成酶CysF分别孵育甲基化后的中间体2a和未经甲基化的底物1a，作者发现甲基化后的2a可以顺利形成β-内酯，而未经甲基化的1a则仅能形成活化酯1a-AMP，而无法进行后续的成环反应。额外的甲基化和去甲基化步骤有效掩蔽了羧基自身的负电斥力，从而使β-内酯化可以更顺利的进行。随后作者进一步阐明了形成β-内酯弹头后的二肽组装途径，发现了CysCD介导的二步串联成酰胺反应，为β-内酯弹头接上Val-Val二肽序列。最后作者在体外构建了整套的CysGFECD五步串联一锅法反应途径，实现了以64%的收率从底物1a得到Cystargolide B，相较于9~11步的化学合成法平均10%的收率得到了显著提升。后续作者还拓展了肽组装酶CysC和CysD的底物范围，实现了多样化的含β-内酯的天然/非天然共价多肽抑制剂的生物合成。总而言之，本文阐明了Cystargolide和Belactosin的生物合成途径，破译了甲基化在β-内酯合成中酶催化反应逻辑，拓展了含亲电弹头的天然/非天然共价多肽抑制剂的生物合成方法，为多肽药物设计提供了更多的可能。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01657-7文章引用：DOI：10.1038/s41589-024-01657-7
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