次級代謝物去氧醣生合成酵素之功能性鑑定及在藥物結構衍生之應用

Abstract

本論文研究內容，目的在對天然次級代謝物之去氧醣生合成酵素進行功能性鑑定及酵素學(如動力學、酵素催化機制等)研究，並進一步探討天然次級代謝物之生物合成途徑(Biosynthetic pathway)，以作為含醣天然物生物合成與代謝工程(Metabolic engineering)之基礎與應用。並藉由體外組合式重組多種生合成酵素而創造新穎生合成與反應途徑，以產生多樣性結構之含醣天然藥物衍生物。

自然界許多重要含醣天然藥物，如萬古黴素(Vancomycin)、紅黴素(Erythromycin)及鏈黴素(Streptomycin)等，其醣類分子結構皆被報導扮演重要分子辨識與鍵結之功能，若將其醣分子結構除去，則此類藥物通常會失去原有之生物活性。本論文即是針對去氧醣類生合成酵素進行生物合成研究，以瞭解特殊去氧醣類之生物合成途徑，作為含醣天然藥物生物合成工程之基石。

本論文研究所探討的特殊二磷酸核苷去氧醣類生合成酵素，至少有四類，分別為脫水酶(Dehydratase)、還原酶(Reductase)、甲基轉移酶(Methyltransferase)及表異構酶(Epimerase)。藉由此四種生合成酵素及其他本實驗室(Chiu Lab)已有之生合成酵素，加以組合以產生不同的特殊二磷酸核苷去氧醣分子，再運用spinosyn之鼠李醣轉移酶(Rhamnosyltransferase)，將這些特殊醣分子轉接至spinosyn配醣體(Aglycone)上，進行分子結構的改造工程，以製造spinosyn之衍生物，將來進行生物活性評估，做為藥物研發之用。

本論文研究已成功完成以生合成酵素串聯反應(Tandem enzymatic reactions)，而產生多種的特殊二磷酸核苷去氧醣類，並已成功地將這些特殊去氧醣分子轉接至天然物spinosyn之配醣體上，進一步產生多樣的spinosyn衍生物，以為將來進行藥物活性之測量。往後，本研究將擴大運用此策略於各種藥物(如抗生素、抗癌藥物、免疫抑制劑、心血管疾病藥物等)的分子工程研究與開發，以解決藥物抗藥性、藥物副作用等重要課題，並對新藥開發貢獻一份心力。