中国科学院上海有机化学研究所刘文

dasaochu

刘文,男，中国科学院上海有机化学研究所研究员,1971年5月出生于四川省西昌市 1988年9月-1992年7月，四川大学生物工程系微生物专业,学士学位； 1994年9月---1997年7月，中国协和医科大学（中国医学科学院），硕士学位； 1997年9月---2000年7月；中国协和医科大学（中国医学科学院）博士学位（美国加州大学戴维斯分校化学系联合培养）； 2000年9月---2001年8月，美国加州大学戴维斯分校化学系(DepartmentofChemistry,UniversityofCalifornia-Davis)，博士后； 2001年9月---2003年8月，美国威斯康星大学麦迪逊分校药学院(School of Pharmacy,University of Wisconsin-Madison)，研究助理；2003年8月-至今，入选中国科学院“百人计划”，上海有机化学研究所，研究员。


姓 名:刘文        
性 别:男
职 称:研究员        
学 历:研究生
电 话:021-54925111        
传 真:021-64166128
电子邮件:wliu@mail.sioc.ac.cn        
个人主页:
通讯地址:上海市零陵路345号生命有机国家重点实验室　200032        

研究方向：
复杂天然产物的生物合成（遗传学、生物化学和化学）研究。以产量提高和结构多样性为目的组合生物合成研究。以基因组扫描为手段的新型天然产物发现研究。
专家类别：百人；杰青；研究员
职务：课题组长
获奖及荣誉：
国家自然科学基金委2005年度“杰出青年基金”获得者；上海市科学技术委员会2005年度“启明星计划”和“浦江人才计划”入选者；中科院“百人计划”终期评估“优秀”入选者；2008上海市科学技术进步一等奖（单位排名第三，个人排名第五）。
代表论著：
1.Jia, X.; Tian, Z.; Shao, L.; Qu, X.; Zhao, Q.; Tang, J.; Tang, G.; Liu, W. Cloning, sequencing and genetic characterization of the Chlorothricin gene cluster from Streptomyces antibioticus DSM 40725 as a model for spirotetronate antibiotic biosynthesis. Chem. & Biol. 2006, 13，575-585.
2.Shao, L.; Qu, X.; Jia, X.; Zhao, Q.; Tian, Z.; Wang, M.; Tang, G.; Liu, W. Cloning and characterization of a bacterial iterative type I polyketide synthase gene encoding the 6-methylsalicyclic acid synthase. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, 345, 133-139.
3.Li, L.; Deng, W.; Song, J.; Ding, W.; Zhao, Q.; Peng, C.; Song, W.; Tang, G.; Liu, W. Characterization of the saframycin A gene cluster from Streptomyces lavendulae NRRL 11002 revealing a NRPS system for assembling the unusual tetrapeptidyl skeleton in an iterative manner. J. Bacteriol. 2008, 190, 251-263.
4.Chen, Y.; Deng, W.; Wu, J.; Qian, J.; Chu, J.; Zhuang, Y.; Zhang, S.; Liu, W. Genetic modulation of the overexpression of tailoring genes eryK and eryG leading to the improvement of erythromycin A purity and production in fermentation of Saccharopolyspora erythraea. Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74, 1820-1828.
5.Fang, J.; Zhang, Y.; Huang, L.; Jia, X.; Zhang, Q.; Zhang, X. Tang, G.; Liu, W. Cloning and characterization of the tetrocarcin A gene cluster from Micromonospora chalcea NRRL 11289 reveals a highly conserved stratety fro tetronate biosynthesis in spirotetronate antibiotics. J. Bacteriol. 2008, 190, 6014-6025.
6.Zhao, Q.; He, Q.; Ding, W.; Tang, M.; Kang, Q.; Yu, Y.; Deng, W.; Zhang, Q.; Fang, J.; Tang, G.; Liu, W. Characterization of the azinomycin B biosynthetic gene cluster revealing a different iterative type I polyketide synthase for naphthoate biosynthesis. Chem. & Biol. 2008, 15, 693-705 (Featured in: Antibiotic biosynthesis: from Genes to Enzymes. Nature China 2008, doi:10.1038/nchina.2008.196).
7.He, Q.; Jia, X.; Tang, M.; Tian, Z.; Tang, G.; Liu, W. Dissection of two transfer reactions centered on acyl-S-carrier protein intermediates for incorporating 5-chloro-6-methyl-O-methylsalicyclic acid into chlorothricin. ChemBioChem 2009, 10, 813-819.
8.Liao, R.; Duan, L.; Lei, C.; Pan, H.; Ding, Y.; Zhang, Q.; Chen, D.; Shen, B.; Yu, Y.; Liu, W. Thiopeptide biosynthesis featuring ribosomally synthesized precursor peptides and conserved posttranslational modifications. Chem. & Biol. 2009, 16, 141-14 (Featured in: Biosynthetic pathway for the production of thiopeptide antibiotics. SciBX 2(10), 2009, Doi: 10.1038/scibx.2009.423).
9. Liu, W. & Yu, Y. Combinatorial Biosynthesis of pharmaceutical natural products. Ed. By Tao, J. & Lin, G. Biocatalysis for the pharmaceutical industry-discovery, development and manufacturing. John Wiley & Sons Pte Ltd, 2009, pp229-245.

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上海有机所刘文课题组阐述新颖黄素依赖Diels-Alder[4+2]环加成酶的结构和催化机制

Diels-Alder（D-A）反应是人们所最为熟知的有机人名反应之一，并被广泛地应用于合成化学、药物化学、材料化学和化学生物学的研究中。人们基于路易斯酸活化以及氢键活化策略设计了不同的小分子催化剂以催化D-A反应，同时还通过分子定向进化的方法筛选得到了能够催化D-A反应的RNA酶和DNA酶。但是长期以来，人们对于自然界中是否存在天然的能够催化D-A反应的酶这一问题以及其可能的催化机制，却一直存在争议。

　　在前期的研究工作中，中国科学院上海有机化学研究所生命有机国家重点实验室刘文课题组在国际上发现了吡咯吲哚霉素（pyrroindomycin）的生物合成途径中涉及两步绝对酶依赖的D-A反应，分别由PyrE3和PyrI4这两个酶催化完成（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 17342-17345；Nat. Chem. Biol., 2015, 11, 259-265）；与该实验室潘李峰课题组合作，报道了首个非辅因子依赖的D-A酶PyrI4及其与小分子产物的复合物晶体结构（Cell Chem. Biol., 2016, 23, 352-360）。基于前期的研究成果，刘文课题组提出了天然D-A酶催化过程中的“过渡态模板作用”；为了实现这一作用，酶与小分子底物相互作用过程中会放出大量能量并发生三维构象的变化，从而提供一个用于稳定D-A反应过渡态的完美反应微环境（Curr. Opin. Chem. Biol., 2016, 31, 95-102）。

　　在该研究中刘文课题组与潘李峰课题组再次合作，解析了黄素FAD依赖的D-A酶PyrE3的晶体结构，这也是国际上首个结构被解析的黄素依赖D-A酶（Cell Chem. Biol., 2018, DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.03.007）。基于所获得的晶体结构，他们综合使用分子对接模拟、生物信息学分析、氨基酸定点突变、光谱学分析等手段指出了PyrE3的催化空腔和FAD在催化过程中的作用。他们发现，与其他FAD依赖的加氧酶不同，PyrE3在催化反应的过程中并不要求FAD发生氧化态的变化；FAD能够稳定蛋白的结构，并通过与底物分子形成氢键来释放结合能并稳定其过渡态构象。国际上先后有几例辅因子（如腺苷甲硫氨酸等）依赖的D-A酶报道，但是这些辅因子在D-A酶催化过程中的作用并不明确。该研究的相关成果为今后人工设计、改造或开发协同反应的生物大分子催化剂（尤其是辅因子依赖的蛋白）提供了重要的实验基础和理论方向，可能在未来的合成化学和合成生物学研究中发挥重要的作用。

　　刘文课题组的博士生郑庆飞（已毕业）和潘李锋课题组的博士生龚余康为论文的共同第一作者。上述研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、中科院战略性先导科技专项（B类）以及生命有机化学国家重点实验室的大力资助。

黄素依赖蛋白Pyr3催化的DA-like[4+2]环加成反应

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硫原子的引入是自然界赋予天然产物结构多样性和生物活性多样性的重要手段。上海有机所刘文课题组长期致力于核糖体肽来源的富硫细菌环肽的生物合成研究。课题组先后解析了硫链丝菌素侧环中的喹纳酸（Proc. Natl. Acad. Sci. 2016, 113, 14318–14323 和 J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12105–12108）、诺丝七肽侧环中的甲基吲哚酸（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18186-18189 和 Org. Lett. 2019, 21, 1502-1505）、硫霉素结构中的唑杂环（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8454–8463）和Sch40832 核心环中二氢咪唑并哌啶（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 13790–13797）等非天然氨基酸结构单元形成的酶学过程。
　　维里硫酰胺类核糖体肽通过抑制线粒体 ATP 合酶的活性，诱导线粒体损伤、引发细胞凋亡，是潜在的抗肿瘤药物。家族成员分子以核糖体合成的前体肽为基础，通过一系列复杂的翻译后修饰，引入特征性的硫酰胺键和 C 末端的烯基硫醚大环体系。继2-氨基乙烯基半胱氨酸（2-aminovinyl-cysteine，AviCys）的形成机制解析之后（Cell Chemical Biology. 2021, 28, 675-685），课题组最近报道了维里硫酰胺结构中另一个非天然氨基酸－β-羟基-N,N-二甲基组氨酸（β-hydroxy-N,N-dimethyl-histidine，hdmHis）的生物合成过程。β-羟基-N,N-二甲基组氨酸单元未见于其它天然产物，为维里硫酰胺类核糖体肽所独有。

图 硫酰胺类分子组氨酸官能团化和生物合成逻辑研究

　　课题组结合体内基因敲除、大肠杆菌异源表达、体外生化测活和计算分析，详细阐释了 β-羟基-N,N-二甲基组氨酸的形成机制和生物合成逻辑。以组氨酸残基为底物，该单元的形成依赖C 末端烯基硫醚大环体系的建立，严格按照N,N-双甲化和β-羟基化的催化顺序进行。研究还对组氨酸官能团化的特异性和与其它翻译后修饰反应的兼容性进行了系统考察。
　　作为一种重要的翻译后修饰手段，蛋白上组氨酸甲基化的发现已有50余年，相关的酶学机制、修饰程度和生物学功能近年来受到广泛关注。目前所知的组氨酸甲基化，均为咪唑基团上两个氮原子中的一个发生的N-单甲基化反应。本研究报道了第一例酶催化的组氨酸双甲基化反应。依赖于酮戊二酸的单加氧酶催化的组氨酸β-羟基化，同样也是一种十分罕见的翻译后修饰反应。在一些非核糖体肽来源的天然产物的生物合成途径中，类似的反应虽有所报导，但多为其它机制的酶所催化。
　　相关研究加深了核糖体肽来源的天然产物及其相关翻译后修饰机制方面的认识。上述工作已经在J. Am. Chem. Soc.上在线发表（doi.org/10.1021/jacs.1c11669），论文第一作者为有机所博士生胡玲，该工作得到国家自然科学基金委的资助。