所（园）科研团队在国际综合性期刊《Nature Communications》发表研究论文

　　在石蒜科生物碱的合成生物学研究中，汪仁研究员带领的研究团队利用自主开发的模块化真核细胞色素P450酶功能性表达策略，通过设计、重构与调整真核细胞色素P450酶系统的空间架构，首次用实验证明了该酶系统分子伴侣之间的肽链N-端桥连表达的真核细胞色素P450酶系统，可以在重组原核细胞中显著提高植物天然产物和人类药物代谢物的关键中间产物合成。该研究还表明通过调整蛋白分子间的装配架构来克服真核细胞色素P450酶生物活性对真核细胞内膜的依赖，不仅可以提高天然产物和药物代谢物的原核生物合成，也将有助于促进真核细胞内膜蛋白分子间的结构与功能探索。近期，相关研究成果已在国际著名综合性期刊《Nature Communications》上发表。

　　细胞色素P450酶广泛参与天然产物的生物合成和异源物质的代谢。真核细胞色素P450酶的活性依赖于其氧化还原分子伴侣，即细胞色素P450还原酶（CPR），二者通常是利用肽链N-端锚定在真核细胞内质网膜胞质一侧。在原核微生物中表达的真核细胞色素P450酶系统，常常会遇到异源表达的真核生物膜蛋白可溶性差（poor solubility）、功能性弱（weak functionality）和周转速率低（low turnover rate）等问题。因此，提高原核系统表达的真核细胞色素P450酶的活性，对于利用重组微生物进行高效生产相关生物活性化合物具有重要的意义。

　　该研究以植物特有的细胞色素P450酶（CYP73A亚家族）参与的p-香豆酸生物合成途径为模型，分别采用了酶伴侣分子间的线性融合和在翻译后水平上肽侧链自主共价连接的不同装配策略，来考察和比较在原核宿主大肠杆菌表达的真核细胞色素P450酶生物活性。研究发现酶分子伴侣间的N-端共价连接装配架构展现出比相应的对照高出8.78倍的生物合成产物差异，表明了在重组细菌内这样的N-端桥连的空间架构（N-N）赋予重构的植物细胞色素P450酶系统以更高的酶活性。体外酶学试验表明，N-端桥连架构（N-N）使工程化细胞色素P450酶的周转速率（k_cat）和装配体的催化效率（k_cat/K_m）分别提高48.94倍和10.88倍。进一步利用同样的上述N-端桥连空间架构策略，在原核系统表达人细胞色素P450系统（CYP1A2）的实验里，该策略优越性也得以证实。简言之，汪仁团队的研究通过在空间架构上调配真核细胞色素P450酶与细胞色素P450还原酶的结构契合，实现了重组膜蛋白真核细胞色素P450酶系统的结构与原核生物合成宿主性能的适配。

　　本所科研人员李宜奎副研究员和李洁助理研究员为该论文的共同第一作者，汪仁研究员为该论文的唯一通讯作者；值得指出的是，课题组聘请的资深顾问陈维康博士在实验的构思设计、数据分析和论文撰写过程做出了重要贡献。该论文也是汪仁研究团队今年在石蒜科生物碱生物合成与调控的研究方向上，继在领域经典科学期刊《New Phytologist》https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.19479发表重要论文之后的又一篇力作。本研究得到包括国家自然科学基金（No. 31600074、No.31770387）、江苏省自然科学基金（No. BK20160599）和江苏省植物资源开发与利用重点实验室开放基金（No. JSPKLB202201）等项目的资助支持。

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54259-1

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