中国中医科学院黄璐琦院士团队在揭示延胡索氧甲基转移酶催化功能杂泛性及其分子基础中取得进展

中药延胡索具有活血、行气、止痛的功效，独特的镇静止痛机制使其成为一个非成瘾性止痛药物的资源开发库。延胡索中含有丰富的苄基异喹啉类生物碱（BIAs），是其发挥药效的物质基础，但形成机制尚未阐明。

近日，Horticulture Research 在线发表了中国中医科学院中药资源中心黄璐琦院士团队题为Catalytic promiscuity of O-methyltransferases from Corydalis yanhusuo leading to the structural diversity of benzylisoquinoline alkaloids 的研究论文。这项工作明确了7个氧甲基转移酶的催化杂泛性特点并解析杂泛性催化的分子基础，为BIA化合物的异源生产提供元件及酶功能的理性设计提供参考。

OMT是异喹啉类生物碱合成过程中非常重要的一类酶，其催化的杂泛性是产生了结构活性各异BIAs的推动力。本研究从延胡索二代转录组中筛选得到7个高表达的氧甲基转移酶，以三大类BIA化合物为底物研究候选OMT的催化偏好性。体外酶促结果显示：CyOMT2（4’OMT）偏好催化1-BIA类底物，对(S)-3’-HNMC (6) 的4’位催化效率最高；CyOMT6（S9OMT）可以连续催化Scoulerine (15) 的9位和2位甲基化反应；CyOMT5对原小檗碱型和小檗碱型化合物的C2和C3均有较高的催化活性，因其选择性催化Scoulerine-C2位，被命名为Scoulerine-2-OMT（S2OMT），此外CyOMT5催化(S)-3’-HNMC (6) 产生新的结构衍生物（8），该酶催化底物类型广，具有开发成工具酶的潜力；CyOMT7（6OMT）高效催化(S)-Norcoclaurine (1) C6位，也具备催化原小檗碱型化合物的功能。延胡索中OMT功能的杂泛性形成了其BIAs的复杂代谢网络（图1）。

为了进一步研究OMT的催化杂泛性分子机制，本研究通过分子对接、同源序列比对发现7个与功能分类相关联的位点（图2），定点突变研究鉴定出一个显著提升BIA 异喹啉结构的C6位氧甲基化催化功能和4个影响C7位催化功能的氨基酸位点。其中，CyOMT2_L253C显著提高对底物异喹啉部分C6位氧甲基化的功能，对原小檗碱型底物四氢药根碱（THJ, 11）的转化率从5%提升至52%（图3），酶促动力学分析显示其反应效率（kcat/Km）提升9.7倍。

这项工作对延胡索来源的氧甲基转移酶进行了功能偏好性表征及催化杂泛性的分子基础研究，为进一步研究酶工程以及合成生物学生产BIAs有重要的参考价值。

中国中医科学院黄璐琦院士、郭娟研究员为通讯作者，博士研究生卜俊玲、硕士研究生张秀华为该论文的共同第一作者。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金国际合作项目、国家自然科学基金优秀青年基金等专项资金的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac152

转自：“园艺研究”微信公众号

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