葉敏/喬雪課題組在植物碳糖基轉(zhuǎn)移酶研究領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
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碳苷是一類具有重要生物活性的天然產(chǎn)物，也是多種常用中藥的藥效成分。通過化學(xué)合成方法構(gòu)建C -糖苷鍵仍然存在一定的挑戰(zhàn)。碳糖基轉(zhuǎn)移酶（CGT）是催化形成C -糖苷鍵的生物合成關(guān)鍵酶，具有綠色、高效、選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)。然而，由于基因同源性低等原因，目前從植物發(fā)現(xiàn)的CGT報(bào)道較少，對中藥來源植物的研究更少。近期，我院天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉敏/喬雪課題組為了解析中藥活性成分的生物合成途徑，在植物碳糖基轉(zhuǎn)移酶及其催化機(jī)制研究領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展。
從金蓮花發(fā)現(xiàn)首個催化黃酮C-8位糖基化的碳糖基轉(zhuǎn)移酶TcCGT1。牡荊苷、葒草苷等黃酮8-碳苷是清熱解毒中藥金蓮花的主要活性成分。課題組通過基因挖掘與功能表征，發(fā)現(xiàn)TcCGT1能一步高效催化合成牡荊苷等36種碳苷類化合物，并且解析了第一個植物來源CGT酶的晶體結(jié)構(gòu)（分辨率1.85?）。進(jìn)而初步闡明了TcCGT1催化C-、O-糖基化的分子機(jī)制，并通過定點(diǎn)突變實(shí)現(xiàn)了由C-糖基化向O-糖基化的功能轉(zhuǎn)變。以上結(jié)果作為Hot paper于2019年8月12日正式發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. （2019, 58, 11513-11520）。藥學(xué)院博士畢業(yè)生賀俊斌、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后趙鵬為論文共同第一作者，藥學(xué)院葉敏教授、喬雪副教授、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院云彩紅教授為共同通訊作者。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.201905505
從光果甘草發(fā)現(xiàn)新穎的C-6/8雙C-糖基轉(zhuǎn)移酶GgCGT。GgCGT能夠催化弗洛丙酮單元發(fā)生連續(xù)兩步C -糖基化反應(yīng)生成雙葡萄糖碳苷產(chǎn)物。課題組分別解析了GgCGT與根皮素、根皮素單碳苷兩種底物，以及與UDP-Glc、UDP-Gal兩種糖基供體的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，這是第一個雙C-糖基轉(zhuǎn)移酶的晶體結(jié)構(gòu)。進(jìn)而闡明了GgCGT糖供體選擇性（D390等關(guān)鍵氨基酸與糖基4-OH之間的氫鍵作用）以及雙C-糖基化的機(jī)制。以上研究工作于2020年2月19日正式發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.（2020, 142, 3506-3512）。藥學(xué)院博士生張夢、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李福東副教授、藥學(xué)院博士畢業(yè)生李凱為論文共同第一作者，藥學(xué)院葉敏教授、喬雪副教授、馬明研究員為共同通訊作者。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12211
從黃芩、甘草等七種植物發(fā)現(xiàn)CGTa/b酶依次催化合成夏佛塔苷的新途徑。夏佛塔苷是普遍存在于高等植物的黃酮雙碳苷，具有抗病毒等活性，也是重要的植保素。本研究發(fā)現(xiàn)7種植物中夏佛塔苷均由CGTa、CGTb兩個碳糖基轉(zhuǎn)移酶依次催化Glu-糖基化、Ara-糖基化而生成，這兩個酶具有截然不同的底物與糖供體選擇性，并通過RNAi與過表達(dá)實(shí)驗(yàn)證明了體內(nèi)功能。進(jìn)一步通過1163種植物的轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)該糖基化途徑很可能在高等植物普遍存在。最后，解析了5個酶的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)His24 (SbCGTa)、His23 (SbCGTb)在兩步碳糖基化過程中發(fā)揮重要的脫質(zhì)子作用，同時(shí)根據(jù)活性口袋附近的11個差異氨基酸，設(shè)計(jì)多位點(diǎn)突變實(shí)現(xiàn)了SbCGTb向SbCGTa的功能切換。以上結(jié)果于2020年12月1日發(fā)表在PNAS（2020, 117, 30816-30823）。藥學(xué)院博士生王子龍、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生高浩萌為論文的共同第一作者，藥學(xué)院葉敏教授、喬雪副教授為共同通訊作者，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院云彩紅教授指導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)解析。
原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/11/12/2012745117
以上研究得到國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、北京市杰出青年科學(xué)基金等資助。天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器平臺李勤、劉芬、王媛、袁霞、王靜、王倩、師曉萌、賈紅麗等老師在NMR、SPR、氫氘交換質(zhì)譜、晶體衍射等實(shí)驗(yàn)中提供了重要幫助。
導(dǎo)師介紹：
葉敏，北京大學(xué)藥學(xué)院教授，天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組長，生藥學(xué)專業(yè)博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)橹兴幩幮镔|(zhì)、天然產(chǎn)物生物合成與生物催化，關(guān)注甘草等常用中藥及其活性成分的研究。發(fā)表SCI論文200余篇，被引用5000余次，獲批專利10項(xiàng)。目前擔(dān)任J. Ethnopharmacol.、J. Pharm. Biomed. Anal.等雜志的副主編或編委，兼任國家藥典委員。
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喬雪，北京大學(xué)藥學(xué)院副教授，生藥學(xué)專業(yè)博士生導(dǎo)師。北京大學(xué)博士，英國約翰英納斯中心訪問學(xué)者。入選北京市杰出青年基金、中國科協(xié)托舉人才計(jì)劃。研究興趣為中藥活性成分分析及生物合成。在P. Natl. Acad. Sci. USA、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem.、Nat. Prod. Rep.等期刊發(fā)表第一或通訊作者SCI論文50篇，被引用1500余次。目前擔(dān)任Fitoterapia 期刊副主編。
葉敏/喬雪課題組合影
天然藥物及仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
葉敏/喬雪課題組 供稿
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