给大家推荐一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章，题目为“Refactoring and Heterologous Expression of Class III Lanthipeptide Biosynthetic Gene Clusters Lead to the Discovery of N,N-Dimethylated Lantibiotics from Firmicutes”，文章的通讯作者是南卡罗来纳大学化学与化学生物学系的李杰助理教授，他的研究方向主要是微生物基因组挖掘和代谢组学的药物发现。
羊毛硫肽（lanthipeptide）是由核糖体合成和翻译后修饰肽的最大亚家族，具有特征性的硫醚键和环肽结构。由于羊毛硫肽普遍存在抑菌活性，所以也被称为羊毛硫菌素（lantibiotics，一种抗生素）。它们根据其合成机制分为五种类型，本文中所提到的III类羊毛硫肽生物合成基因簇（BGC）广泛分布在细菌门中，厚壁菌中的含量排在第二。于是，本文作者在厚壁菌中重构和异源表达了羊毛硫肽，发现所得到的羊毛硫肽中具有少见的N，N-二甲基化修饰，并证明了这个修饰对于抑菌活性的提升有着重要的作用，也在最后提出了设计N，N-二甲基化修饰的羊毛硫肽的方法。
作者首先尝试了直接培养含有III类羊毛硫肽BGC的厚壁菌，但并没有检测到羊毛硫肽产生。于是，他们更换了表达策略，通过多拷贝质粒提高表达水平，通过将基因整合到宿主基因组以提高表达稳定性，从而在强IPTG诱导下重构和异源过表达羊毛硫肽。
之后作者对异源表达菌株的提取物进行了LC-MS分析，其核质比与预测值的差异暗示了其可能被二甲基化，于是他们采用了NMR、高分辨率串联质谱等手段对结构继续进行分析，证明了其N端确实存在二甲基化的修饰。
在序列分析和突变实验中，他们证明了核心肽N端的两个氨基酸对于二甲基化修饰发挥着关键的作用，其中第一个氨基酸小脂肪族侧链的中性氨基酸，第二则为保守的为Thr或Ser。按照这个规律，作者成功实现了非二甲基化修饰向有二甲基化修饰的羊毛硫肽的转变。
N，N-二甲基化修饰通常与生物活性的增加有关，像环霉素等抗生素在失去二甲基化修饰后抑菌活性都有着明显的降低，而羊毛硫肽也是如此，其背后的机制是N，N-二甲基化可以防止蛋白水解降解并增加膜渗透，从而显著提高蛋白的稳定性和药理学性质。总之，本篇文章通过在厚壁菌中重构和异源表达了羊毛硫肽，发现了其N端上的二甲基化修饰，并证明了前两个氨基酸对于该修饰的重要性，以及二甲基化修饰对于其抑菌活性有着显著的提升作用。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.2c00849
文章引用：https://doi.org/10.1021/acschembio.2c00849
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