自由基S-腺苷甲硫氨酸（radical S-adenosylmethionine，rSAM）酶是一类重要的生物催化剂，能够利用铁硫簇活化S-腺苷甲硫氨酸（SAM），产生高反应活性的自由基中间体，从而催化多种常规酶难以实现的化学转化。在核糖体合成并经翻译后修饰的肽类天然产物（RiPPs）生物合成中，rSAM 酶能够催化不同类型的肽链交联反应，赋予天然产物独特的结构特征。然而，天然产物生物合成中仍存在大量功能尚未明确的rSAM 酶，其催化反应类型及结构构建方式有待进一步探索。
近期，beat365在线体育戈惠明/史净/焦瑞华教授团队揭示了Radical SAM 酶催化芳香族氨基酸与脯氨酸之间C–C 键形成。研究基于基因组挖掘与系统发育分析，发现了一类广泛分布于 III/IV 型羊毛硫肽生物合成基因簇中的rSAM 酶，并通过代表性基因簇的异源表达与产物结构鉴定，发现了一系列具有N 端芳香族氨基酸–脯氨酸C–C 交联的新型羊毛硫肽。图1。
结构分析表明，这类酶能够催化核心肽N 端的 Trp、Phe 或His 残基与保守的Pro 残基之间形成C–C 键，揭示了羊毛硫肽生物合成中一类新的 rSAM 酶催化交联反应。进一步的体外酶学重构、活性位点突变、底物识别特征分析及同位素标记实验，明确了该反应的关键催化要求与底物识别特征，并为自由基介导的脱氢偶联机制提供了依据。此外，研究发现，羊毛硫氨酸环的形成并非AitR 催化芳香族氨基酸–脯氨酸交联的绝对前提，表明这两类修饰并不具有严格的先后依赖关系。
综上，该研究拓展了rSAM 酶在羊毛硫肽生物合成中的催化功能与交联底物范围，揭示了天然产物中芳香族氨基酸–脯氨酸C–C 键的酶促形成方式，为进一步探索RiPPs 中新型交联反应及其生物合成机制提供了新的思路。
近期，该项工作以“Radical SAM Enzymes Catalyze Aromatic−Proline Cross-Links in Lanthipeptide Biosynthesis” 为题，发表在J. Am. Chem. Soc.上，beat365在线体育官网登录入口博士生周叶蕾为本文第一作者，beat365在线体育官网登录入口戈惠明教授、史净助理教授、焦瑞华教授为文章的通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省基础研究专项基金等经费的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c18928
图1. 目标基因簇异源表达及产物NMR 结构表征