中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 近日，植物保護(hù)學(xué)院劉俊峰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合理學(xué)院段紅霞教授在《農(nóng)業(yè)食品化學(xué)雜志》（ Journal of Agricultural and Food Chemistry ）發(fā)表了題為《靶向海藻糖生物合成途徑的雙特異性抑制劑》（ Dual-Specificity Inhibitor Targets Enzymes of the Trehalose Biosynthesis Pathway ）的研究論文。該研究通過基于結(jié)構(gòu)的虛擬篩選和后續(xù)分析驗(yàn)證，獲得了同時(shí)靶向MoTps1和MoTps2-TPP兩個(gè)蛋白的小分子抑制劑A1-4。
作物真菌病害嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全。例如，稻瘟菌引起稻瘟病是水稻產(chǎn)量的持續(xù)威脅，灰霉的寄主范圍廣泛、造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)，禾谷鐮孢菌分泌的毒素嚴(yán)重威脅著人和動(dòng)物的健康。目前，化學(xué)防治仍是控制作物真菌病害的主要策略之一，但長期施用作用模式單一的殺菌劑造成抗藥性問題日益嚴(yán)峻，迫切需要開發(fā)新的殺菌劑靶標(biāo)和高特異性、作用模式新穎的小分子抑制劑。
海藻糖是一種二糖，在病原真菌的致病、能量代謝、脅迫響應(yīng)、細(xì)胞壁穩(wěn)定性等方面發(fā)揮重要作用。海藻糖在動(dòng)物中不存在，所以其合成酶可作為相對(duì)安全的殺菌劑靶標(biāo)。海藻糖的主要合成途徑涉及海藻糖合成酶（TPS）和海藻糖磷酸酶（TPP）兩種酶，分兩步以葡萄糖為底物合成海藻糖。前期，劉俊峰團(tuán)隊(duì)解析了稻瘟菌Tps1（MoTps1）母體及其底物復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，為基于結(jié)構(gòu)的化合物篩選奠定了基礎(chǔ)。
該研究首先基于MoTps1的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)Maybridge化合物庫進(jìn)行了虛擬篩選，然后將打分較高的小分子化合物通過表面等離子共振（SPR）進(jìn)行進(jìn)一步篩選鑒定，獲得與MoTps1親和力較高的兩個(gè)小分子A1-4和A1-11。TPS和TPP都可結(jié)合海藻糖的前體海藻糖-6-磷酸，其底物結(jié)合口袋具有相似的特征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，A1-4和A1-11均可與MoTps1和MoTps2-TPP互作；酶活測試表明，A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP的活性，而A1-11對(duì)MoTps1活性的抑制能力較弱，對(duì)MoTps2-TPP的活性則沒有抑制能力；體內(nèi)活性測試表明，A1-4能地抑制稻瘟菌的生長、致病和附著胞發(fā)育，且在25ppm即可殺死孢子，這與ΔMoTps2的稻瘟菌表型一致。
后續(xù)氫氘交換質(zhì)譜（HDX）和突變體分析的結(jié)果表明A1-4結(jié)合于TPS和TPP的底物結(jié)合口袋，這與A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP酶活的測試結(jié)果一致。此外，A1-4還能抑制灰霉菌和禾谷鐮孢菌的生長和致病，表明該化合物具有廣譜的抑菌活性性。
植物保護(hù)學(xué)院博士生陳怡彤為論文的第一作者，劉俊峰教授和王冬立副教授為論文的通訊作者。植物保護(hù)學(xué)院彭友良教授、楊俊教授為稻瘟菌表型測試方面的工作提供了重要支持。本研究虛擬篩選方面工作由理學(xué)院段紅霞教授課題組完成，相關(guān)小分子化合物的優(yōu)化結(jié)果已合作發(fā)表于European Journal of Medicinal Chemistry 期刊。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、云南省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃、拼多多-中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究基金等項(xiàng)目的支持。新的殺菌劑靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和特異性小分子抑制劑的篩選是該團(tuán)隊(duì)的主要研究方向之一，上述研究成果是繼2023年在mBio上發(fā)表的明確MAPK之一Mps1的成靶性及其抑制劑作用機(jī)制之后的又一新進(jìn)展。
附：相關(guān)論文
Chen Y. et al. Dual-specificity inhibitor targets enzymes of trehalose biosynthesis pathway. J Agric Food Chem. 2024, 72, 209?218. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06946
Kong Z. et al. Structure-aided identification of an inhibitor targets Mps1 for the management of plant-pathogenic fungi, mBio, 2023, 14, e0288322. https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02883-22
Jiang Z. et al. Discovery of novel isopropanolamine inhibitors against MoTPS1 as potential fungicides with unique mechanisms. Eur J Med Chem 2023, 15, 115755. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2023.115755
Wang S. et al. Crystal structures of Magnaporthe oryzae trehalose-6-phosphate synthase （MoTps1） suggest a model for catalytic process of Tps1. Biochem J. 2019, 476, 3227-3240. https://doi.org/10.1042/BCJ20190289
日期：2024-02-19
作物真菌病害嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全。例如，稻瘟菌引起稻瘟病是水稻產(chǎn)量的持續(xù)威脅，灰霉的寄主范圍廣泛、造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)，禾谷鐮孢菌分泌的毒素嚴(yán)重威脅著人和動(dòng)物的健康。目前，化學(xué)防治仍是控制作物真菌病害的主要策略之一，但長期施用作用模式單一的殺菌劑造成抗藥性問題日益嚴(yán)峻，迫切需要開發(fā)新的殺菌劑靶標(biāo)和高特異性、作用模式新穎的小分子抑制劑。
海藻糖是一種二糖，在病原真菌的致病、能量代謝、脅迫響應(yīng)、細(xì)胞壁穩(wěn)定性等方面發(fā)揮重要作用。海藻糖在動(dòng)物中不存在，所以其合成酶可作為相對(duì)安全的殺菌劑靶標(biāo)。海藻糖的主要合成途徑涉及海藻糖合成酶（TPS）和海藻糖磷酸酶（TPP）兩種酶，分兩步以葡萄糖為底物合成海藻糖。前期，劉俊峰團(tuán)隊(duì)解析了稻瘟菌Tps1（MoTps1）母體及其底物復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，為基于結(jié)構(gòu)的化合物篩選奠定了基礎(chǔ)。
該研究首先基于MoTps1的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)Maybridge化合物庫進(jìn)行了虛擬篩選，然后將打分較高的小分子化合物通過表面等離子共振（SPR）進(jìn)行進(jìn)一步篩選鑒定，獲得與MoTps1親和力較高的兩個(gè)小分子A1-4和A1-11。TPS和TPP都可結(jié)合海藻糖的前體海藻糖-6-磷酸，其底物結(jié)合口袋具有相似的特征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，A1-4和A1-11均可與MoTps1和MoTps2-TPP互作；酶活測試表明，A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP的活性，而A1-11對(duì)MoTps1活性的抑制能力較弱，對(duì)MoTps2-TPP的活性則沒有抑制能力；體內(nèi)活性測試表明，A1-4能地抑制稻瘟菌的生長、致病和附著胞發(fā)育，且在25ppm即可殺死孢子，這與ΔMoTps2的稻瘟菌表型一致。
后續(xù)氫氘交換質(zhì)譜（HDX）和突變體分析的結(jié)果表明A1-4結(jié)合于TPS和TPP的底物結(jié)合口袋，這與A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP酶活的測試結(jié)果一致。此外，A1-4還能抑制灰霉菌和禾谷鐮孢菌的生長和致病，表明該化合物具有廣譜的抑菌活性性。
植物保護(hù)學(xué)院博士生陳怡彤為論文的第一作者，劉俊峰教授和王冬立副教授為論文的通訊作者。植物保護(hù)學(xué)院彭友良教授、楊俊教授為稻瘟菌表型測試方面的工作提供了重要支持。本研究虛擬篩選方面工作由理學(xué)院段紅霞教授課題組完成，相關(guān)小分子化合物的優(yōu)化結(jié)果已合作發(fā)表于European Journal of Medicinal Chemistry 期刊。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、云南省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃、拼多多-中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究基金等項(xiàng)目的支持。新的殺菌劑靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和特異性小分子抑制劑的篩選是該團(tuán)隊(duì)的主要研究方向之一，上述研究成果是繼2023年在mBio上發(fā)表的明確MAPK之一Mps1的成靶性及其抑制劑作用機(jī)制之后的又一新進(jìn)展。
附：相關(guān)論文
Chen Y. et al. Dual-specificity inhibitor targets enzymes of trehalose biosynthesis pathway. J Agric Food Chem. 2024, 72, 209?218. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06946
Kong Z. et al. Structure-aided identification of an inhibitor targets Mps1 for the management of plant-pathogenic fungi, mBio, 2023, 14, e0288322. https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02883-22
Jiang Z. et al. Discovery of novel isopropanolamine inhibitors against MoTPS1 as potential fungicides with unique mechanisms. Eur J Med Chem 2023, 15, 115755. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2023.115755
Wang S. et al. Crystal structures of Magnaporthe oryzae trehalose-6-phosphate synthase （MoTps1） suggest a model for catalytic process of Tps1. Biochem J. 2019, 476, 3227-3240. https://doi.org/10.1042/BCJ20190289
日期：2024-02-19
