Biosynthesis of bisbenzylisoquinoline alkaloids

苄基异喹啉 生物合成 化学 立体化学 生物化学 细胞色素P450 代谢途径 立体中心 区域选择性 酵母 代谢工程 药效团 机制(生物学) 转移酶 氧化磷酸化 羟基化 酿酒酵母 立体异构 化学合成 天然产物
作者
Qishuang Li,Xinyi Li,Xiang Jiao,Guanghong Cui,Xiangmei Tan,Ying Ma,Yuxing Wang,Yaqiu Zhao,Yì Wáng,Wenbo Xu,Tong Chen,Yating Hu,Ping Su,Yifeng Zhang,Jens Nielsen,Yuehua Chen,Juan Guo,Luqi Huang
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.64898/2026.05.22.726869
摘要

Bisbenzylisoquinoline alkaloids (bisBIAs) are pharmacologically valuable plant metabolites with complex stereochemical architectures, yet the catalytic principles governing their assembly have remained largely unclear. Here, we elucidate the enzymatic pathway to cyclic bisBIAs and uncover a non-canonical redox-mediated mechanism for post-assembly stereochemical control. We identify cytochrome P450 enzymes that catalyze regioselective oxidative dimerization and macrocyclization of benzylisoquinoline monomers, establishing the macrocyclic scaffold. Subsequent stereochemical specification is achieved by a paired oxidase-reductase module that selectively epimerizes a single stereocenter through a transient imine formation, converting (R,S)-configured intermediates to (S,S)-products. Reconstitution of the pathway in yeast enabled production of both native bisBIAs and non-natural analogs, demonstrating pathway modularity and engineering potential. These results establish the biochemical principle underlying bisBIA biosynthesis and provide a framework for programmable biosynthesis of these complex natural products.
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