链霉菌 II 型硫酯酶 SgnI 的功能表征：纳他霉素生物合成关键编辑酶的结构与动力学机制

天然产物合成中 II 型硫酯酶（TEII）通过编辑异常酰基载体蛋白（ACP）中间体保障合成保真度。本研究解析链霉菌纳他霉素合成簇中 TEII 型酶 SgnI 的结构与动力学，发现其优先水解丙二酰 - CoA（kcat/Km值较乙基丙二酰 - CoA、乙酰 - CoA、甲基丙二酰 - CoA 高 17.7/5.08/1.30 倍），揭示楔形疏水底物结合裂隙的尺寸限制机制。成果为硫酯酶特异性解析及生物合成线路工程化提供新方向。

　　

天然产物生物合成簇中常见两类硫酯酶：I 型硫酯酶（TEI）从合成复合体释放终产物，II 型硫酯酶（TEII）通过编辑异常酰基载体蛋白（ACP）中间体确保合成保真度。本研究对模块化聚酮合酶纳他霉素生物合成簇中的 II 型硫酯酶 SgnI 进行结构与动力学特征分析。稳态动力学结果显示，SgnI 优先水解丙二酰 - CoA（malonyl-CoA），其k_cat/K_m值分别比乙基丙二酰 - CoA（ethylmalonyl-CoA）、乙酰 - CoA（acetyl-CoA）和甲基丙二酰 - CoA（methylmalonyl-CoA）高 17.7 倍、5.08 倍和 1.30 倍，证实 SgnI 作为编辑硫酯酶的功能。此外，研究表明 SgnI 可从多种酰基载体结构域的磷酸泛酰巯基乙胺臂水解丙二酰单元。SgnI 的结构建模显示其具有楔形疏水底物结合裂隙，限制底物尺寸。为阐明 SgnI 底物特异性的分子机制，对 SgnI - 丙二酰 - CoA 和 SgnI - 乙基丙二酰 - CoA 复合物进行分子动力学模拟。结果表明，SgnI - 丙二酰 - CoA 复合物较小的活性位点口袋，加上活性位点残基与丙二酰 - CoA 之间增强的相互作用，可能是其水解丙二酰 - CoA 时催化效率更高的原因。这些发现增进了对硫酯酶特异性的理解，并为工程化改造反式作用硫酯酶用于生物合成组装线铺平了道路。