大家好，本期為大家帶來的是Nature集團旗下的子刊Nature Communications，專門發表生物學、物理學和化學等各領域的高質量研究論文，2020年的影響因子為14.91.
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Algorithm-aided engineering of aliphatic halogenase WelO5* for the asymmetric late-stage functionalization of soraphens
脂肪族鹵化酶 WelO5* 的演算法輔助工程用於 soraphens 的不對稱後期功能化
天然產物的後期功能化提供了在相關生物目標空間中建立新實體的途徑。在這種情況下，能夠在良性條件下以高立體控制和區域控制鹵化 sp3碳的酶引起了極大的關注。透過結合智慧庫設計和機器學習，作者設計了鐵/α-酮戊二酸依賴性鹵化酶 WelO5*，用於複雜且化學上難以衍生的大環內酯類藥物 soraphen A 和 C（強效抗真菌劑）的後期功能化。雖然野生型酶 WelO5* 不接受大環內酯底物，但工程策略產生了活性鹵化酶變體，並將其表觀kcat和總轉換數分別提高了 90 倍和 300 倍以上。值得注意的是，作者的機器學習引導工程方法能夠預測更多活性變體，並允許切換鹵化酶的區域選擇性，從而促進在生物測定中對衍生大環內酯類的結構功能活性進行靶向分析。
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A structural basis for the diverse linkage specificities within the ZUFSP deubiquitinase family
ZUFSP 去泛素酶家族中多種連鎖特異性的結構基礎
真核去泛素酶是泛素訊號傳導的重要調節劑，可以細分為幾個結構不同的類別。ZUFSP 家族以 ZUP1 作為其唯一的人類成員，具有模組化結構，其核心催化結構域對泛素衍生肽 RLRGG 具有高度活性，但對泛素本身無活性。泛素識別由額外的非催化結構域賦予，使全長 ZUP1 對長 K63 連線的鏈具有活性。然而，非哺乳動物 ZUFSP 家族成員在其 N 末端區域包含不同的泛素結合結構域，儘管它們在催化結構域內具有高度保守性。在這裡，透過與來自昆蟲、真菌和植物的具有代表性的 ZUFSP 家族成員合作，作者表明不同的 N 末端結構域與不同的連鎖偏好相關。生化和結構研究表明，獲得兩個家族特異性近端結構域已將 ZUFSP 家族的預設 K48 偏好更改為在 ZUP1 及其昆蟲同源物中觀察到的 K63 偏好。額外的 N 端鋅指結構域促進鏈切割而不改變連線特異性。
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Identification of a diarylpentanoid-producing polyketide synthase revealing an unusual biosynthetic pathway of 2-(2-phenylethyl)chromones in agarwood
鑑定產生二芳基戊烷的聚酮化合物合酶，揭示沉香木中 2-(2-苯乙基)色酮的不尋常生物合成途徑
2-(2-苯乙基)色酮 (PEC) 是沉香木獨特香味的主要成分。PECs 如何生物合成目前尚不清楚。在這項工作中，作者描述了一種從沉香中鑑定的產生二芳基戊烷的聚酮化合物合酶 (PECPS)。透過氟標記底物的生物轉化實驗、本氏菸草中 PECPS 的瞬時表達和中華愈傷組織中 PECPS 表達的敲低，作者證明了二芳基戊烷的 C6-C5-C6支架是 PECs 的常見前體，而 PECPS 發揮了作用。在 PEC 的生物合成中起關鍵作用。晶體結構分析和定點誘變表明，由於其小的活性位點腔 (247 Å3)，PECPS 採用一鍋形成機制，包括“二酮化合物-CoA 中間釋放”步驟來形成C6-C5-C6支架。PECPS（PECs 生物合成的關鍵酶）的鑑定不僅為使用代謝工程方法過量生產藥學上重要的 PECs 的可行性提供了見解，而且還進一步探索了沉香木是如何形成的。
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Design principles for site-selective hydroxylation by a Rieske oxygenase
Rieske加氧酶位點選擇性羥基化的設計原則
Rieske 加氧酶利用鐵的反應性來進行具有化學挑戰性的 C-H 鍵功能化反應。到目前為止，只有少數 Rieske 加氧酶具有結構特徵，關於這些酶如何使用共同的結構和一組金屬中心來促進各種反應的資訊非常少。在這裡，作者詳細介紹了兩種 Rieske 加氧酶 SxtT 和 GxtA 如何使用不同的蛋白質區域來影響其催化的單羥基化反應的位點選擇性。作者展示了 SxtT 和 GxtA 的高解析度晶體結構，其中結合了天然的 β-紫杉醇和紫杉醇底物，此外還有 GxtA 的氙加壓結構，揭示了通往活性位點的底物通道通道的位置。最終，該結構資訊識別了分佈在 SxtT 的三個區域之間的六個殘基，它們共同控制 C-H 羥基化事件的選擇性。這些殘基的取代產生了完全適應於展示 GxtA 的非天然位點選擇性和底物範圍的 SxtT 變體。此外，作者還發現這些選擇性區域在其他具有結構特徵的 Rieske 加氧酶中是保守的，為預測性地重新利用和操縱 Rieske 加氧酶作為生物催化劑提供了框架。
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Berberine bridge enzyme-like oxidase-catalysed double bond isomerization acts as the pathway switch in cytochalasin synthesis
小檗鹼橋酶樣氧化酶催化的雙鍵異構化作為細胞鬆弛素合成的途徑開關
Cytochalasans (CYTs) 以及它們的多環 (pcCYTs) 和聚合 (meCYTs) 衍生物構成了最大的真菌聚酮化合物-非核糖體肽 (PK-NRP) 雜合天然產物家族之一。然而，從單 CYTs (moCYTs) 到 pcCYTs 和 meCYTs 的化學轉化機制仍然未知。在這裡，作者展示了在異源宿主中重建 CYT 核心骨架以及整個途徑的第一個成功例子。重要的是，作者還描述了小檗鹼橋酶 (BBE) 樣氧化酶 AspoA，它使用 Glu538 作為一般酸性生物催化劑來催化不尋常的質子化驅動的雙鍵異構化反應，並作為一個開關來改變天然（對於 moCYT）和非酶（用於 pcCYTs 和 meCYTs）途徑以合成 aspochalasin 家族化合物。該研究的結果展示了 BBE 樣酶的前所未有的功能，並高度表明分離的 pcCYT 和 meCYT 很可能是人工衍生的產品。
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Molecular insights into the unusually promiscuous and catalytically versatile Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent oxygenase SptF
對異常混雜和催化用途廣泛的 Fe(II)/α-酮戊二酸依賴性加氧酶 SptF 的分子見解
非血紅素鐵和 α-酮戊二酸依賴性 (Fe/αKG) 加氧酶催化各種氧化性生物轉化。由於其催化靈活性和高效率，Fe/αKG加氧酶作為生物催化劑的應用引起了人們的廣泛關注。在這裡，作者報告了異常混雜和催化多功能的 Fe/αKG 加氧酶 SptF 的生化和結構特徵，該酶參與真菌類萜類化合物的生物合成。體外分析表明，SptF 催化幾個連續的氧化反應，包括羥基化、去飽和、環氧化和骨架重排。SptF 對各種類萜類化合物表現出極其廣泛的底物特異性，並從 terretonins 有效地生產獨特的環丙烷環融合 5/3/5/5/6/6 和 5/3/6/6/6 支架。此外，SptF 還能羥基化類固醇，包括雄酮、睪酮和孕酮，具有不同的區域特異性。SptF 的晶體學和基於結構的誘變研究揭示了酶反應的分子基礎，並表明環區域的延展性有助於顯著的底物混雜。SptF 作為一種有前途的氧化反應生物催化劑具有巨大的潛力。
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Removal of lycopene substrate inhibition enables high carotenoid productivity in Yarrowia lipolytica
去除番茄紅素底物抑制可提高解脂耶氏酵母的類胡蘿蔔素產量
酶的底物抑制可能是在工程微生物中生產有價值的化學品的主要障礙。在這裡，作者展示了番茄紅素環化酶的底物抑制是解脂耶氏酵母中類胡蘿蔔素生物合成的主要限制。為了克服這個瓶頸，作者利用了兩種獨立的方法。結構引導的蛋白質工程產生了一種變體 Y27R，其特徵是完全喪失底物抑制而不降低酶活性。第二種是，建立香葉基香葉基焦磷酸合酶介導的流量限制器還可以透過將代謝流量從抑制性代謝物轉移開來防止底物抑制的發生，同時保持足夠的流量朝向產物形成。這兩種方法都會產生高水平的近乎排他性的β-胡蘿蔔素生產。最終，作者構建了能夠在生物反應器發酵中以 0.165 g/L/h 的生產率生產 39.5 g/L β-胡蘿蔔素的菌株（比初始菌株提高1441倍）。作者的研究結果為有效合成天然產物的工程途徑中去除底物抑制提供了有效的方法。
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