岩藻糖基转移酶对非天然供体底物选择性的分子改造

基本信息
批准号:31470788
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:杨广宇
学科分类:
依托单位:上海交通大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张勇,马富强,韩云宾,黄锋涛,安娇,罗漫杰,马瑞
关键词:
岩藻糖转移酶高通量筛选半理性设计底物选择性荧光激活细胞分选
结项摘要

Fucosyltransferases are important biocatalysts and have shown enormous potential in pharmaceutical industries for the synthesis of oligosaccharides and glycoconjugates. However, the broad applications of fucosyltransferases have been hampered by the high cost of its sugar nucleotide donor substrate (GDP-fucose). Recently, we have found that the fucosyltransferase from Helicobacter pylori (FucT) showed promiscuous activity on cheap artificial glycoside substrate (fucosyl fluoride), thus may provide an inexpensive alternative for the enzymatic synthesis of fucose-containing compounds. However, the activity of FucT against fucosyl fluoride is quite low, which needs further improvement before substituting the sugar nucleotide. By analyzing the crystal structure, we found five short loop-regions in the active-site of FucT may play crucial roles in substrate recognition. In order to better understand the mechanism of the substrate specificity of FucT, and to improve its non-natural catalytic activity, this project aims to construct focused mutagenesis libraries in these substrate-binding loops using a semi-rational design strategy. A FACS-based screening method will be developed for the unnatural activity of FucT. Then consecutive rounds of screening will be carried out to identify the mutant enzymes with increased activity. Structural and functional analysis of the mutants may provide insights into the mechanism of substrate recognition of FucT, and help for the further engineering of other glycosyltransferases.

岩藻糖基转移酶(FucT)催化反应将供体底物岩藻糖鸟苷二磷酸(GDP-岩藻糖)上的岩藻糖转移至受体底物,在药物相关寡糖合成中有重要价值,但其大规模应用受到昂贵的天然供体底物(GDP-岩藻糖)限制。我们前期研究发现,来源于幽门螺杆菌的FucT对廉价的、非天然糖基供体(α-氟代岩藻糖)也具有一定活性,进一步提升后有望替代GDP-岩藻糖为寡糖合成提供一条新途径。对FucT的结构分析表明,其活性中心附近的5段短LOOP区可能是控制酶供体底物选择性的关键。为探讨酶对非天然底物的识别机制、构建高效进化酶,本项目拟对酶活性中心进行杂化,结合酶家族序列分析构建小型、智能半理性设计突变库;应用我们前期发展的FACS筛选策略,建立针对FucT活性的超高通量筛选方法,筛选获得对非天然底物具有高活性的进化酶;对突变体结构-功能关系分析,阐明FucT供体底物选择性机制,为糖基转移酶的分子改造提供理论指导。

项目摘要

岩藻糖基修饰的糖复合物具有重要的生理及药物活性,然而大量合成此类化合物的主要瓶颈之一是岩藻糖基转移酶(FucT)存在活性底、底物选择性不适宜等问题。定向进化是改善酶功能的有效手段,但对岩藻糖基转移酶的定向进化目前仍缺少高效的筛选方法。为构建高效进化酶并探讨酶对非天然底物的识别机制,本项目合成了针对岩藻糖基转移酶的特异性荧光探针,并利用大肠杆菌半乳糖透酶的底物选择性,在国际上首次建立了针对α-1,2-FucT、α-1,3-FucT、岩藻糖苷酶的转糖苷活性的FACS超高通量筛选方法,为岩藻糖基化酶的分子改造提供了有力的筛选工具;对来源于幽门螺旋杆菌的α-1,3-岩藻糖基转移酶进行了定向进化研究,获得了底物催化活性均显著提高、底物谱明显拓宽的进化酶,其中M32针对不同底物的催化活性提升了4-8.5倍,达到目前已报道的最高水平;通过解析和比较α-1,3-FucT天然酶及其突变体的晶体结构,进一步对其催化非天然底物的选择性机制进行了研究,发现GT-B折叠酶的铰链区对底物选择性的调控机制,为其它糖基转移酶的分子改造提供了理论指导和技术支撑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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