奴卡氏菌含醣吲哚類次級代謝物生合成基因群之序列分析與功能性研究

Abstract

天然物K-252a屬於含醣的吲哚類次級代謝物，是由奴卡氏菌屬中分離得到的，在化學結構上可模仿或類似腺嘌呤三磷酸，因此K-252a可以藉著競爭腺嘌呤三磷酸在生物體內蛋白質激酶上的鍵結位置，來抑制許多蛋白質激酶，包括蛋白質激酶C、神經營養素專一性類原肌球蛋白激酶接受器的酪胺酸激酶、混合譜系激酶和c-Jun N端激酶的生物活性。因此K-252a在人類疾病的治療上有著非常廣效性的治療用途，包括抑制神經母細胞瘤、帕金森氏症和阿爾茨海默氏症。 本實驗室(Chiu Lab)先前已在奴卡氏菌的染色體分子資料庫(gDNA Library)中找得可為含醣吲哚類次級代謝物(K-252a)之生合成基因群組的DNA片段，本研究即持續展開此生合成基因群的定序與序列分析工作，研究結果得定序完成約45千鹼基對(45 kbp)去氧核醣核酸的DNA序列，經由生物資訊上的序列分析與資料庫的比對，發現在奴卡氏菌中有關含醣吲哚類次級代謝物(K-252a)的生合成基因群序列，至少可被分類成與吲哚環核心結構相關的生合成基因、醣基的生合成與修飾的基因、吲哚環的轉移酶基因、生合成的調控因子和天然物的運輸基因或抗性基因等。本研究進一步鑑定這些生合成基因的酵素與生合成功能，進而應用分子生物的技術，將此奴卡氏菌中參與此含醣吲哚次級代謝物之吲哚環核心結構的四個生合成基因[nokA(orf21)、nokB(orf22)、nokD(orf23)和nokC(orf24)]構築於蛋白質表達質體內，於大腸桿菌中異體表現相關酵素，並測試、分析與鑑定其生合成功能與產物。 本研究的研究成果有助於解析含醣吲哚類次級代謝物的生合成路徑與其生合成產物，相信將來可進一步應用這些生合成酵素或基因，以蛋白質或遺傳基因工程的方式產生新穎的生合成產物，以產生結構多樣化的吲哚類藥物，以作為醫藥用途而增加人類福祉。