2022年2月23号，bobapp官方下载 天然药物活性物质与功能国家重点实验室胡友财团队在《Journal of the American Chemical Society》在线发表了题为“Flavin-dependent Monooxygenase Mediated 1,2-oxazine Construction via Meisenheimer Rearrangement in the Biosynthesis of Paeciloxazine”的研究论文，报道了天然产物中1,2-噁嗪环形成的生物合成酶及酶促机制，发现酶介导的[1,2]-Meisenheimer重排反应。

[1,2]-Meisenheimer重排被广泛用于天然产物合成中，尤其是用于构建1,2-噁嗪环，但对应的生物合成酶鲜有报道。为此，胡友财团队利用异源表达、体外生化实验等鉴定了具有1,2-噁嗪环的真菌天然产物paeciloxazine的生物合成基因簇pax，以及催化形成1,2-噁嗪环的黄素依赖的单加氧酶PaxA。在此基础上，该团队通过体外生化实验、alphafold2蛋白结构预测、分子对接和分子动力学模拟、活性位点定向突变和DFT计算等实验，提出了PaxA催化形成1,2-噁嗪环的酶促机制：底物在PaxA的作用下先形成N-氧化合物，随后经过[1,2]-Meisenheimer重排形成1,2-噁嗪环。研究发现该酶介导的[1,2]-Meisenheimer重排反应并不是经历传统意义上的自由基机制，而是一个类似离子对的协同机制。N-氧化物的氧负离子攻击b-H生成亚胺中间体，在质子转移剂（如精氨酸的胍基）存在时转化为1,2-噁嗪环。该研究揭示了催化形成1,2-噁嗪环的酶促机制，扩展了生物合成中重排反应的种类，为利用基因组挖掘发现含有1,2-噁嗪环的天然产物提供了新的策略。研究中还实现了天然产物paeciloxazine在模式真菌中的异源生物合成，为该类化合物的绿色获取提供新途径。

图1. A) PaxA与底物5的分子对接结果; B) FAD、底物5与R202之间的相对位置; C) PaxA催化1,2-噁嗪环的酶促机制

bobapp官方中国有限公司 胡友财研究员为该文的通讯作者，博士生王坤雅、助理研究员闫道江和刘冰语，以及北京生命科学bobapp官方下载 的博士生白松霖为该文的共同第一作者。北京生命科学院齐湘兵团队在DTF计算和分子动力学模拟等方面提供支持。该工作得到了国家自然科学基金(No. 22107122)和中国医学科学院医学与健康科技创新工程(CIFMS, No. 2021-I2M-1-029)等项目资助。