近期，中国科学院微生物研究所陈义华研究团队和中国医学科学院医药生物技术研究所郭正彦研究团队合作，在Journal of the American Chemical Society在线发表了题为“Selective Synthesis of Cyclopeptides with a 2-Oxindole or 3a-Hydroxy-hexahydropyrrolo-[2,3-b]indole Structure by Cytochrome P450 Enzymes”的研究论文。该研究发现了一类细胞色素P450酶——cpOPMOs，可以选择性地合成重要的药效基团2-吲哚酮或3a-羟基六氢吡咯[2,3-b]吲哚（简称HO-HPI）结构单元，解析了其催化机制，设计构建了10个cpOPMO的不同催化效率的突变体，并成功搭建高效合成含有HO-HPI或2-吲哚酮结构的环肽化合物催化平台。
2-吲哚酮和HO-HPI结构是生物碱中重要的药效基团，因其特殊的区域和立体选择性在有机合成化学中是一个长期的挑战。本研究中，团队发现细胞色素P450酶AfnD及其同源蛋白HmtT、ClpD、KtzM和LtzR（统称为cpOPMOs），能够依赖pH值的调节将环肽中的色氨酸单元分别催化生成2-吲哚酮或HO-HPI结构。通过对这5个cpOPMOs的深入研究，推测两个保守的残基Asp和Ser（LtzR中为Thr）可能会以不同的方式打开环氧中间体，分别形成2-吲哚酮或HO-HPI结构。基于上述机制，团队构建了10个cpOPMO的Asp或Ser/Thr突变体，它们可以选择性地合成具有HO-HPI或2-吲哚酮结构的环肽化合物，且所有10个cpOPMO突变体都表现出较高的底物不专一性，通常结构越接近于天然底物时，cpOPMO突变体活性越好。本研究不仅发现了一类特殊功能的细胞色素P450酶——cpOPMOs，还为选择性合成含有HO-HPI或2-吲哚酮结构的环肽提供了一套重要的酶学工具箱（图1）。
图1. cpOPMOs选择性合成含有2-吲哚酮或HO-HPI结构的环肽化合物
中国科学院微生物研究所博士研究生李超和中国科学院南海海洋研究所马俊英研究员为本文的共同第一作者，微生物所陈义华研究员和中国医学科学院医药生物技术研究所郭正彦研究员为文章共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国医学科学院基本科研业务费以及中国医学科院“创新工程”基金的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13535
