馮雁研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)展酶功能進(jìn)化新策略上獲得新進(jìn)展
? ? ? ?近日，國(guó)際化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)化學(xué)生物學(xué)》（ACS Chemical Biolgy）在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馮雁團(tuán)隊(duì)最新研究成果《Stepwise Loop Insertion Strategy for Active Site Remodeling to Generate Novel Enzyme Functions》。博士生Md Anarul Hoque 及團(tuán)隊(duì)張勇博士為并列第一作者。
? ? ? ?酶活性中心是實(shí)現(xiàn)高效、特異性生物催化的關(guān)鍵部位，對(duì)其柔性loop區(qū)的分子設(shè)計(jì)，可對(duì)活性中心微環(huán)境三維空間和殘基化學(xué)組成產(chǎn)生重塑，進(jìn)而有效驅(qū)動(dòng)酶分子再進(jìn)化，獲得所需新催化功能。然而如何理性設(shè)計(jì)，有效引入新的多肽結(jié)構(gòu)，在“老酶骨架”上產(chǎn)生新的催化功能，一直是酶學(xué)和蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)的難題。
? ? ? ?馮雁團(tuán)隊(duì)在對(duì)酶家族活性中心loop構(gòu)象及組成分析的基礎(chǔ)上，發(fā)展了StLois步入式loop區(qū)嵌入突變(a stepwise loop insertion strategy)的蛋白質(zhì)工程新策略，從小型智能庫(kù)中可快速獲得所需要的突變體。研究人員以Geobacillus kaustophilus來(lái)源的高穩(wěn)定性內(nèi)酯酶GkaP為模式酶，應(yīng)用StLois策略在活性中心中引入了2n個(gè)多肽片段，構(gòu)建及篩選小型智能突變庫(kù)，發(fā)現(xiàn)6個(gè)殘基肽段(VNLGKY)的嵌入酶突變體成功地實(shí)現(xiàn)了向磷酸三酯酶活性的轉(zhuǎn)變，相對(duì)野生型酶發(fā)生了超過(guò)107倍底物特異性改變。 更令人興奮的是，該突變酶對(duì)一系列有機(jī)磷農(nóng)藥（對(duì)硫磷、地亞農(nóng)和氯螨硫磷）的降解能力提升了49-1197倍，顯著提升了其對(duì)環(huán)境有機(jī)磷毒物處理的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。晶體結(jié)構(gòu)及分子docking分析進(jìn)一步揭示了嵌入肽段對(duì)該酶對(duì)映體底物選擇性改變的作用機(jī)制,活性中心空間和極性，底物與活性中心殘基結(jié)合方式，以及親核進(jìn)攻方向等改變是控制酶催化選擇性轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。
? ? ? ?馮雁教授研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于酶分子工程和合成生物學(xué)研究，不斷探索酶獨(dú)特的作用機(jī)制，發(fā)展酶分子設(shè)計(jì)新策略，并將新功能酶應(yīng)用于生物催化和合成生物體系中。本研究是該團(tuán)隊(duì)近三年來(lái)報(bào)道酶活性中心穩(wěn)定化（Active Center Stabilization, ACS）（J Biol Chem, 2014,14:289; Sci Rep, 2016.6:332）,關(guān)鍵基序介導(dǎo)結(jié)構(gòu)域重組（Key Motif Directed Recombination, KMDR）（Chembiochem. 2015.16:3）等蛋白質(zhì)工程新策略后，又一高效酶功能再塑的分子設(shè)計(jì)新成果。
? ? ? ?該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31620103901, 31570788)的大力支持。
? ? ? ?文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acschembio.7b00018
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