天然物甲基轉移酵素的化學機理研究與在藥物研發之應用

Abstract

自然界中，含醣二級代謝物因具豐富的結構多樣性，成為新穎藥物研發的重要來源，其生物活 性含跨抗微生物、抗病毒、抗腫瘤及農業與醫藥用途等。二級代謝物生物合成途徑的酵素是建構其 複雜結構的重要成員，甲基轉移酵素即是一種。甲基轉移酵素(甲轉.)在生物體中扮演重要的功能， 如DNA 甲基化、tRNA 成熟化與天然物生物合成等。本計畫即是探討spinosyn 生合成途徑中三種甲 基轉移酵素的功能機制，進而應用來製造一群二級代謝物之多樣性衍生物。 本研究具體研究目標如下：(一)從微生物中轉殖、表現與大量純化三種甲轉.；(二)探討三種 酵素的受質、結構、生化特性、輔因子與功能活性的關係；(三) 將製作一群結構多樣的受質衍生物， 並探討甲轉.對受質分子認知的系統性關聯性；(四)應用許多本實驗室自行合成的抑制劑，來探索 酵素活性中心的分子結構與活性關係；(五)應用基因突變(蛋白質工程)來鑑定功能重要之胺基酸， 及其與受質、輔因子與蛋白質結構的關係；(六)將製造出一群多重甲基化衍生的含醣化合物，並評 估其生物活性與功能，包含抗菌抑制活性等。(七)測試甲轉.或其突變株對其他含醣二級代謝物的 甲基化能力。(八)進一步純化三種甲轉.，以為X-射線結晶結構鑑定用。 甲轉.負責很多具重要生物活性之二級代謝物的生合成並重要影響其結構多樣性。本研究旨在 應用其對一系列本實驗室組合式自製的受質衍生物的動力學表現，系統性地分析並揭發控制其分子 認知與機制的重要因素與理論。再結合蛋白質變異實驗，首次藉由本研究在分子與酵素層次上深入 探討二級代謝物氧基甲轉.。尤其可貴的是，本研究可以實質上合成新穎的一群甲基化含醣化合物， 對新穎藥物研發與生物活性開發深具潛力。總之，本研究不僅在學術上深入瞭解甲轉.家族的特性 (尤其是二級代謝物生合成有用的甲轉.)，並且亦進一步促進組合式生物合成的發展應用，以作為 藥物研究發展之用。