發(fā)布時間：2020-06-11 03:05

【摘要】：美登木素(maytansinoids)屬于安莎類大環(huán)內(nèi)酰胺,根據(jù)其來源可分為植物美登木素和細菌美登木素兩大類,都有極強的抗菌和抗腫瘤活性。2013年,首個針對實體瘤的抗體偶聯(lián)物藥物(antibody drug conjugates,ADC)ado-trastuzumab entansine(商品名Kadcyla)被FDA批準用于治療HER2陽性乳腺癌,美登木素ADC的研發(fā)再次引起了廣泛關注。然而,美登木素ADC的重要中間體—丙氨酰美登醇的制備仍然是采用傳統(tǒng)方法,即以安絲菌素(細菌美登木素)為原料,經(jīng)還原脫去C-3位酯基,然后再選擇性丙氨酰化。該方法不但成本高、產(chǎn)率低,還有不易分離除去的副產(chǎn)物,嚴重阻礙美登木素ADC的研究、生產(chǎn)和臨床應用。通過生物合成高效制備丙氨酰美登醇將可能極大加快美登木素ADC的研發(fā)進程,由此開展了本學位論文研究。本論文共分為五個章節(jié)。第一章為前言,對安莎類抗生素的結構類型、生理活性和生物合成進行了綜述,對美登木素的生物合成、生物活性和來源進行了詳細綜述。第二章詳細描述了本論文研究所涉及的實驗材料與方法。第三章使用生物信息學方法挖掘得到多個具有不同排列方式的細菌美登木素基因簇,并重構了其可能的祖先基因簇和進化過程;發(fā)現(xiàn)稀有放線菌Amycolatopsis alba DSM 44262菌株的asc基因簇具有獨特的基因排列方式;通過基因失活和飼喂實驗發(fā)現(xiàn)了安莎生物合成起始單元3-氨基-5-羥基苯甲酸(3-amino-5-hydroxybenzoic acid,AHBA)的生物合成與其它代謝途徑的協(xié)同作用。第四章以asc基因簇為對象,研究了細菌美登木素糖苷的后修飾途徑。首次報道了美登木素糖苷C-3'位O-甲基轉(zhuǎn)移酶基因orf9和C-3位O-氨甲�；D(zhuǎn)移酶基因asc21b;深入研究了其它重要后修飾基因的功能,包括酰胺N-糖基轉(zhuǎn)移酶基因asc25、4,5-環(huán)氧化酶基因asc11和O-氨甲�；D(zhuǎn)移酶基因asc21a;通過基因失活和異源表達實驗,分離得到了系列美登木素衍生物,包括七個新化合物,其中兩個顯示了良好的抗腫瘤活性,有潛力成為美登木素ADC的先導化合物;4,5-環(huán)氧化酶基因asc11的異源表達得到了美登醇產(chǎn)量提高的突變株,有潛力成為美登醇的替代來源。第五章以安莎三烯的丙氨�；窤stC為研究對象,對其基因缺失突變株的代謝物進行分析,發(fā)現(xiàn)了安莎三烯聚酮骨架的多樣性,并提出了推測的生物合成途徑;通過異源表達實驗,發(fā)現(xiàn)AstC可以在體內(nèi)催化N-desmethyl-4,5-desepoxy-maytansinol C-3位羥基的丙氨酰化,得到一個具有良好抗腫瘤活性的新化合物,提示AstC可以用于丙氨酰美登醇的合成;本章還構建了 AstC蛋白TE-結構域的系列截短體,并初步探索其結晶的條件,為理性改造AstC的TE-結構域使其更高效地識別美登醇為底物打下了基礎。綜上,本論文綜合應用生物信息學、化學生物學、合成生物學等前沿學科,圍繞細菌美登木素的生物合成和藥用功能導向的結構優(yōu)化展開了系統(tǒng)研究。本課題的成果不僅為解決美登木素來源的問題提供了新的思路,而且發(fā)現(xiàn)了這類天然產(chǎn)物的新型構效關系,為美登木素類藥物的研發(fā)提供了潛在先導化合物和理論基礎,還進一步揭示了安莎骨架的多樣性、聚酮合酶和酰胺合酶的底物兼容性,同時發(fā)現(xiàn)美登木素類化合物丙氨酰化的生物合成途徑,對探索天然藥物發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新的新途徑有重要意義。
【圖文】：

／／和咕／－Ａ0參與ＡＨＢＡ的合成（圖１．１０）７５。進一步研宄發(fā)現(xiàn)，參與前期步驟的項：－逡逑Ｍ－７Ｖ基因?qū)Γ粒龋拢辽锖铣蓙碚f是必不可少的７６，邋７７。而后期的氨基莽草酸途徑逡逑與初級代謝的莽草酸途徑平行（圖１．１0）５９，７８＾，莽草酸途徑的酶也可能非特異性逡逑地參與ＡＨＢＡ的合成

邐ＤＨＳ邐莽草酸逡逑圖１．１０邋ＡＨＢＡ和莽草酸的生物合成途徑。逡逑Ｆｉｇ．邋１．１０邋Ｔｈｅ邋ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ｏｆ邋ＡＨＢＡ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｓｈｉｋｉｍｉｃ邋ａｃｉｄ．逡逑１．２．２．２美登木素聚酮骨架的生物合成逡逑與經(jīng)典的Ｉ型聚酮和大部分安莎化合物不同，基因簇的四個ＰＫＳ基因是逡逑分散排列的。對于安絲菌素骨架的合成，，首先通過加載模塊（ｌｏａｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ）加載逡逑２１逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R914


本文編號：2707280