马来酰亚胺是一类重要的药效基团，在生理条件下可与硫醇基团快速发生迈克尔加成反应，形成稳定的硫醚键，因此被广泛应用于抗体-药物偶联物（ADC）等生物偶联领域，并在药物递送等方面具有重要应用价值。然而，马来酰亚胺结构在天然产物中极为罕见，目前仅报道了少数相关天然产物（图1）。其中，Ligiamycin是一类罕见的氨基马来酰亚胺类天然产物，最初从海蟑螂（Ligia exotica）肠道来源的细菌共培养体系中分离获得，但其生物合成机制尚不清楚。
图1. 含马来酰亚胺结构的天然产物结构。
近期，我院戈惠明/张博教授团队揭示了氨基马来酰亚胺生物合成的新机制。研究以罕见的氨基马来酰亚胺类天然产物Ligiamycin为对象，通过基因簇挖掘、基因敲除与互补、体外酶学实验及结构分析等手段，系统解析了Ligiamycin的生物合成途径。
研究发现，Ligiamycin独特的氨基马来酰亚胺骨架来源于一个PKS–NRPS杂合基因簇。PKS–NRPS首先完成Ligiamycin核心骨架的组装，随后经LigO1介导的α-羟基化、LigQ介导的Dieckmann环化以及LigN介导的氧化环化，形成具有trans-decalin–tetramate骨架的中间体。在此基础上，LigM催化tetramate C-2位发生隐匿O-甲基化，生成不稳定的甲氧基化中间体；随后，LigO2进一步催化氧化，将其转化为高反应活性的马来酰亚胺中间体。该活性中间体无需额外的酶促催化，即可被甘氨酸等胺供体自发捕获，最终形成氨基马来酰亚胺产物（图2）。
图2. Ligiamycin 的生物合成基因簇及生物合成途径
该研究揭示了“隐匿甲基化—氧化激活—非酶促胺捕获”介导的氨基马来酰亚胺形成新机制，拓展了对天然产物中马来酰亚胺骨架生物合成方式的认识，揭示了酶促活化与非酶促反应协同驱动天然产物结构多样性形成的新模式，为进一步挖掘非经典生物合成反应和拓展天然产物化学空间提供了新的思路。
近期，该项工作以“ Cryptic Methylation Enables Amino-Maleimide Formation in Ligiamycin Biosynthesis” 为题，发表在J. Am. Chem. Soc.上，南京大学生命科学院已毕业硕士袁澄源和博士生马秀秀为文章的第一作者，南京大学生命科学学院戈惠明教授和张博副教授为文章的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省基础研究专项基金等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c15157