阅读JNP丨表观遗传修饰激活海洋来源真

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表观遗传修饰是挖掘微生物新颖次级代谢产物的一种策略，许多以赖氨酸乙酰转移酶(KAT)、赖氨酸去乙酰转移酶(KDAC)和DNA甲基转移酶为靶点的小分子可用于激活特定的合成基因簇。本研究利用suberoylanilidehydroxamicacid(SAHA)的表观遗传修饰作用，从海洋真菌Spiromastixsp.MCCC3A中分离得到9种新化合物spiromaterpenesA-I(1-9)，对其化学结构进行鉴定，并阐述了其抗神经炎症活性。研究人员前期对深海真菌Spiromastixsp.MCCC3A进行了固体发酵，产生的一系列产物具抗流感病毒、革兰氏阳性菌抗性和抗动脉粥样硬化等良好的生物活性，通过对其基因簇进行生物信息学和发酵产物分析，发现其中大多数生物合成基因簇是沉默的，具有进一步挖掘的潜力。首先，通过在该菌株的发酵培养基中添加一种HDACs抑制剂SAHA，对其进行表观遗传修饰。通过分析比较发酵物的HPLC结果，发现培养基中添加SAHA和未添加的发酵产物具有显著区别(Figure1)。Figure1.Spiromastixsp.发酵物的HPLC图(a)培养基无SAHA；(b)培养基含SAHA随后，向该菌株的培养基中加入SAHA进行大发酵，发酵提取物经过萃取、层析和制备分离，最终得到9个新的化合物spiromaterpenesA-I(1-9)(Figure2)，并利用光谱数据确定了它们的结构。Figure2.化合物1-9的化学结构由HRESIMS和NMR数据得出，化合物1的分子式为C15H20O。13CNMR谱显示共15个碳共振，包括1个共轭酮羰基、6个烯烃碳对应3个双键、8个烷基碳对应4个甲基、2个亚甲基和2个甲基，通过COSY相关和HMQC相关归属了所有氢及其相的关碳。根据HMBC谱得知：H-6(δH6.79，brs)与C-1(δC.2)和C-8(δC.2)、H-8(δH6.70，brs)与C-6(δC.4)和C-10(δC.4)、H3-11(δH2.06，s)与C-1、C-10和C-9(δC.4)相关，建立了环B结构。从H2-2和H-4与C-1和C-5(δC.5)同步的HMBC相关得出环A由仲丁基与环B融合形成，由此建立了愈创木烷型核。根据甲基与主链碳的HMBC相关，推测了C-10位由Me-11、C-4(δC42.7)位由Me-12和C-7(δC.8)位由异丙基取代(Figure3)。根据实验ECD曲线确定其构型为4S(Figure4a)，并根据HRESIMS、NMR、HMBC相关和实验及计算的ECD数据，确定了1-9相关手性碳的构型。Figure3.化合物1-9的COSY和HMBC关键相关性Figure4.化合物1-9的ECD实验与计算光谱最后，对化合物1-9进行生物活性测定，采用MTT法检测1-9均无细胞毒性(IC50=35-80μM)。而4-6对小鼠BV-2细胞中脂多糖(LPS)激活的一氧化氮(NO)的产生均表现出显著的抑制活性(IC50=9-26μM)，表明4-6具有良好的抗炎活性，其中5的抗神经炎症活性较强。对5的作用方式进行初步研究发现，其通过NF-κB信号通路而不是MAPK信号通路发挥作用，表明5可作为抗神经炎症药物先导化合物进一步开发。综上所述，研究人员利用SAHA的表观遗传修饰作用，从海洋真菌Spiromastixsp.MCCC3A中分离得到9种新化合物spiromaterpenesA-I(1-9)，通过量子化学计算和光谱法阐明了它们的结构，1-9具有罕见的环七三烯结构单元。化合物4-6对小鼠BV-2细胞中脂多糖(LPS)激活的一氧化氮(NO)的产生均表现出较强的抑制活性，其中5可进一步开发为抗神经炎症药物。因此，SAHA的表观遗传修饰可作为激活Spiromastixsp.萜类生物合成基因簇的有效策略。本文通讯作者是北京大学药学院林文翰教授和范爱丽副教授。林文翰主要从事海洋生物天然产物结构与生物活性关系、海洋药物先导化合物发现等研究；范爱丽主要从事真菌次级代谢产物的生物合成及调控、真菌次级代谢产物合成途径中关键酶的鉴定及催化机制研究和利用合成生物学技术进行低劣生物质的无害化与资源化等方面的研究。文章信息：XiangGuo+,QinyuMeng+,SiwenNiu,JieLiu,XingchenGuo,ZhaolunSun,DongLiu,YuchengGu,JianHuang,AiliFan*,andWenhanLin*.EpigeneticManipulationtoTriggerProductionofGuaiane-TypeSesquiterpenesfromaMarine-DerivedSpiromastixsp.FunguswithAntineuroinflammatoryEffects.J.Nat.Prod.,84,7,–

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