馮雁研究團隊解析鞘糖脂內(nèi)切糖苷酶底物識別機制
? ? ? ?近日，生物化學(xué)領(lǐng)域著名期刊Journal of Biological Chemistry以封面文章形式在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點實驗室馮雁教授團隊關(guān)于鞘糖脂內(nèi)切糖苷酶底物識別機制方面的最新研究進展“Structural Insights into the Broad Substrate Specificity of a Novel Endo-glycoceramidase I Belonging to a New Subfamily of GH5 Glycosidases”，韓云賓博士和陳柳青博士為并列第一作者，楊廣宇副研究員為通訊作者。
? ? ? ?鞘糖脂是位于細(xì)胞膜上的一類雙親性糖脂化合物，在細(xì)胞-細(xì)胞相互作用、細(xì)胞與外界信號傳導(dǎo)等方面具有重要生理功能。鞘糖脂內(nèi)切糖苷酶（EGCase）屬于糖苷水解酶的GH5家族，特異性水解鞘糖脂的寡糖鏈與神經(jīng)酰胺之間的β-糖苷鍵，在胞內(nèi)鞘糖脂組學(xué)分析、代謝性疾病的診斷和藥物開發(fā)中均有重要的應(yīng)用。目前科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四類具有不同底物特異性的EGCase，但迄今為止其底物識別機制尚未得到充分認(rèn)識。
在本研究中，研究人員利用系統(tǒng)進化樹分析，從Rhodococcus equi103S克隆了一種新型的EGCase（EGCase I），與其同源序列一起構(gòu)成了一個新的GH5亞家族。酶學(xué)性質(zhì)表征顯示EGCase I具有目前已知最高的催化活性和最寬的底物譜，其催化效率（kcat/KM）比已商品化的Rhodococcus sp. M-777鞘糖脂內(nèi)切酶EGCase II高130倍，而且可以識別腫瘤相關(guān)的Globo系列鞘糖脂及巖藻糖基化GM1等底物，具有重要應(yīng)用潛力。通過解析EGCase I的晶體結(jié)構(gòu)，及其與底物GM1、GM3的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，他們詳細(xì)闡明了該酶發(fā)揮高催化活性及寬底物特異性的分子機制，特別是發(fā)現(xiàn)了EGCase I 在活性中心的helix7，loop2，loop 4和loop 8等關(guān)鍵區(qū)域獨特的微觀結(jié)構(gòu)，使其糖鏈結(jié)合口袋更為寬大，揭示了該酶能夠容納具有更大、分支更多的寡糖模塊的底物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
? ? ? ?進一步通過結(jié)構(gòu)比較，研究團隊對EGCase II 進行了分子理性設(shè)計。在底物結(jié)合口袋中的定點突變產(chǎn)生的突變酶EGCase II S63G，催化巖藻糖基化GM1水解活性提高了>1370倍，為進一步進行分子改造提供了啟示。該研究成果將有利于利用蛋白質(zhì)工程策略構(gòu)建更高效的糖苷合成酶，為酶法合成鞘糖脂類藥物提供性質(zhì)更優(yōu)良的酶源，并促進鞘糖脂類藥物的大規(guī)模制備和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的進一步發(fā)展。該工作獲得國家“973”項目及自然科學(xué)基金項目的資助。
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