K-252a氧化與偶合酵素的受質專一性探討在大腸桿菌代謝生合成吲哚類藥物的應用

Abstract

吲哚類天然藥物是目前深具研發潛力的天然藥物之一，近年來，因其多樣的生理活性與特殊的化學骨架結構，受到許多生物及化學家的矚目。而這些吲哚類的天然藥物，如K-252a、星狀孢菌素及蝴蝶黴素等，都具有廣泛的生物活性，例如抗菌、抗腫瘤、神經保護與蛋白質激脢抑制等。在本實驗室(Chiu Lab)先前的研究中，已從奴卡氏菌的K-252a生合成基因群組中，找尋到生合成配醣體(K-252c)的相關基因。本論文主要針對兩個參與生合成K-252c的酵素(NokA與NokB)進行探討，同時，在大腸桿菌中，建立異體生合成吲哚類藥物的系統。本研究除了證實NokA的受質選擇性之外，還發現有趣的異體代謝產物；另一方面，在NokA與NokB的偶合反應中，也成功地觀察到NokA與NokB偶合反應的受質寬鬆性，並探討酵素反應的可能機制。在受質專一性分析中，發現NokA 與NokB偶合酵素對不同的受質結構具有寬鬆性，該特性有利於酵素針對多種受質衍生物進行生合成反應，以建立多樣性的分子資料庫。此外，為了建立大腸桿菌代謝工程系統，以進行代謝生合成產物，本論文以生合成Chromopyrrolic acid作為模式，成功的建立出生產數種吲哚類藥物的生物工程系統，並初步探討其吲哚類產物參與大腸桿菌代謝系統的情形。將來可以應用K-252a氧化與偶合酵素的功能與其受質寬鬆性的特性，再結合其他的生合成相關酵素，利用大腸桿菌的代謝系統，大量生產非天然或天然的吲哚類藥物，作為開發新穎藥物的平台。