文章信息

文章题目：Chanoclavine synthase operates by an NADPH-independent superoxide mechanism

期刊：Nature

发表时间：2025年3月5日

主要内容：中国科学院天津工业生物技术研究所高书山团队与杭州师范大学/湖北大学郭瑞庭团队等合作在Nature上在线发表了题为 Chanoclavine synthase operates by an NADPH independent superoxide mechanism 的科研论文。该研究以参与麦角生物碱生物合成、O₂依赖性过氧化氢酶EasC为研究对象，通过冷冻电镜解析了其独特的底物结合模式，利用大量生化与波谱学实验表征了整个O₂激活途径的电子传递和氧原子同化反应原理，揭示了一种利用活性氧超氧阴离子催化天然药物分子的生物合成机制，对理解包括过氧化氢酶在内的血红素酶催化机制具有重要理论突破。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08670-3

使用TransGen产品：

• Fast Mutagenesis System 

Fast定点突变试剂盒 (FM111)

• BL21(DE3) Chemically Competent Cell

BL21(DE3) 感受态细胞 (CD601)

研究背景

麦角生物碱是从麦角菌中提取的天然毒素，其四并环骨架是关键的药效团，但C环的生物合成机制一直是个未解之谜。传统理论认为氧化还原酶EasE与过氧化氢酶EasC共同参与C环形成，但2019年高书山团队发现EasC单酶即可催化该过程，并鉴定出关键中间体pre-chanoclavine（PCC）。研究表明，EasC突破传统过氧化氢酶分解H₂O₂的机制，直接利用O₂催化PCC发生脱羧、环化和羟基化反应，且无需NADPH等还原剂辅助，揭示了一种新型的血红素酶氧活化机制。这一发现挑战了传统过氧化氢酶与P450酶的催化理论，为探索非依赖H₂O₂或NADPH的氧原子同化途径提供了重要线索。

文章概述

研究团队通过解析麦角菌来源的EasC_cf及其底物PCC复合物的高分辨率冷冻电镜结构（2.64 Å和2.33 Å），发现该酶具有典型过氧化氢酶折叠特征，但底物PCC结合于NADPH口袋而非血红素口袋，且两活性位点间距达20.6 Å。结构分析表明，血红素主通道狭窄（最窄1.42 Å），而Caver3.03模拟揭示两口袋间存在11.6 Å的活性氧传递通道。结合生化实验证实，NADPH并非电子供体，而是通过稳定蛋白构象加速反应；Stopped-flow光谱和EPR谱捕获到Fe(III)-O₂•⁻（Compound III）过渡态，表明底物PCC直接向血红素铁传递电子，且该过程依赖氧气参与。研究进一步提出EasC_cf的“超氧阴离子反应机制”：1）底物PCC的电子转移与氧气结合形成Fe(III)-O₂•⁻；2）O₂•⁻经通道传递至底物口袋；3）超氧阴离子直接催化PCC氧化环化，完成麦角碱C环合成。活性氧抑制实验、¹⁸O标记竞争实验及定点突变验证均支持该机制。此研究首次揭示了过氧化氢酶通过O₂活化为超氧阴离子（而非传统铁-氧复合物）催化的新模式，突破了H₂O₂依赖性酶的传统认知，为血红素酶的催化多样性及麦角生物碱合成机制提供了全新理论框架。

全式金生物产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的Fast定点突变试剂盒 (FM111) 和 BL21(DE3) 感受态细胞 (CD601) 助力本研究。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登Science、Cell、Nature等知名期刊，助力科学研究。

Fast Mutagenesis System 

Fast定点突变试剂盒 (FM111)

本产品以甲基化的质粒为模板，采用部分重叠引物 (均含突变点) 设计，使用2×TransStart^® FastPfu Fly PCR SuperMix扩增，扩增产物用DMT限制性内切酶消化甲基化质粒模板后，转化具有降解甲基化质粒模板的感受态细胞。

产品特点

• 由于采用部分重叠引物（均含突变点）设计，使PCR呈指数扩增， 扩增产物凝胶电泳可见，扩增产物为环状，易于转化。

• 使用2×TransStart^® FastPfu Fly PCR SuperMix扩增，缩短了扩增时间，同时提高了扩增的保真性。

• 利用体外限制性内切酶和体内感受态细胞降解甲基化质粒模板，突变效率更高，对照突变效率高达90%。

BL21(DE3) Chemically Competent Cell 

BL21(DE3) 感受态细胞 (CD601)

本产品经特殊工艺制作，可用于DNA的化学转化。使用pUC19质粒DNA检测，转化效率高达10⁷ cfu/μg DNA。使用Control Plasmid I (Amp⁺)用于检测细胞是否具有表达功能，表达蛋白大小为25 kDa。  

产品特点

• 该菌株用于T7 RNA聚合酶为表达系统的高效外源基因的蛋白表达宿主，T7噬菌体RNA聚合酶基因的表达受控于λ噬菌体DE3区的lacUV5启动子，该区整合于BL21的染色体上。

• 该菌株适合于非毒性蛋白的表达。

全式金生物的产品再度亮相Nature期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。

使用Fast Mutagenesis System（FM111）产品发表的部分文章：

• Chen C C, Yu Z P, Liu Z W, et al. Chanoclavine synthase operates by an NADPH-independent superoxide mechanism[J]. Nature, 2025.(IF 50.5)

• Zeng Y, Zhang H W, Wu X X, et al. Structural basis of exoribonuclease-mediated mRNA transcription termination[J]. Nature, 2024.(IF 50.5)

• Chen K, Sun W, Zhong M, et al. Single-molecule assay guided crRNA optimization enhances specific microRNA detection by CRISPR-Cas12a[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2024.(IF 8.0)

• Yu C, Xu H, Jiang S, et al. IL-18 signaling is regulated by caspase 6/8 and IL-18BP in turbot (Scophthalmus maximus)[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024.(IF 7.7)

• Liu X, Liu Z, Wu Z, et al. Resurrection of endogenous retroviruses during aging reinforces senescence[J]. Cell, 2023. (IF 45.5)

• Yu Y, Tang W, Lin W, et al. ABLs and TMKs are co-receptors for extracellular auxin[J]. Cell, 2023.(IF 45.5)

• Wang K, Zhang Z, Hang J, et al. Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target[J]. Science, 2023.(IF 44.7)

• Huang K, Wu X X, Fang C L, et al. Pol IV and RDR2: a two-RNA-polymerase machine that produces double-stranded RNA[J]. Science, 2021.(IF 44.7)

• Tian Y, Chen Z H, Wu P, et al. MIR497HG‐Derived miR‐195 and miR‐497 Mediate Tamoxifen Resistance via PI3K/AKT Signaling in Breast Cancer[J]. Advanced Science, 2023. (IF 14.3)

• Wang X, Wang Y, Cao A, et al. Development of cyclopeptide inhibitors of cGAS targeting protein-DNA interaction and phase separation[J]. Nature Communications, 2023.(IF 14.7)

• Shi C, Yang X, Hou Y, et al. USP15 promotes cGAS activation through deubiquitylation and liquid condensation[J]. Nucleic Acids Research, 2022.(IF 16.6)

• You L, Shi J, Shen L, et al. Structural basis for transcription antitermination at bacterial intrinsic terminator[J]. Nature communications, 2019.(IF 14.7)

使用BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601) 产品发表的部分文章：

• Chen C C, Yu Z P, Liu Z W, et al. Chanoclavine synthase operates by an NADPH-independent superoxide mechanism[J]. Nature, 2025.(IF 50.5)

• Wu K M, Xu Q H, Liu Y Q, et al. Neuronal FAM171A2 mediates a-synuclein fibril uptake and drives Parkinson’s disease [J]. Science, 2025.(IF 44.7)

• Lu P, Cheng Y, Xue L, et al. Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders[J]. Cell, 2024.(IF 45.5)

• Li H L, Zhang Y, Rao G, et al. Rift Valley fever virus coordinates the assembly of a programmable E3 ligase to promote viral replication[J]. Cell, 2024.(IF 45.5)

• Hu Q, Liu H, He Y, et al. Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice[J]. Cell, 2024.(IF 45.5)

• Lan Z, Song Z, Wang Z, et al. Antagonistic RALF peptides control an intergeneric hybridization barrier on Brassicaceae stigmas[J]. Cell, 2023.(IF 45.5)

• Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.(IF 27.7)

• Yang C, Wang Z, Kang Y, et al. Stress granule homeostasis is modulated by TRIM21-mediated ubiquitination of G3BP1 and autophagy-dependent elimination of stress granules[J]. Autophagy, 2023.(IF 14.6)

• Wang D, Xu C, Yang W, et al. E3 ligase RNF167 and deubiquitinase STAMBPL1 modulate mTOR and cancer progression[J]. Molecular cell, 2022.(IF 14.5)

• Chen Y G, Li D S, Ling Y, et al. A cryptic plant terpene cyclase producing unconventional 18‐and 14‐membered macrocyclic C25 and C20 terpenoids with immunosuppressive activity[J]. Angewandte Chemie, 2021.(IF 16.1)