cblC型甲基丙二酸尿症和同型半胱氨酸尿症相关蛋白MMACHC的结构与分子机制研究

cblC型甲基丙二酸尿症和同型半胱氨酸尿症是由MMACHC缺陷引起维生素B12代谢疾病。MMACHC主要参与将食物中获取的维生素B12转化为人体可以利用的形式，并在此过程中表现出了功能的多样性。MMACHC是一个仅为31.7 kDa的蛋白，却可与两种不同的蛋白发生相互作用，还能够以两种完全不同的化学反应方式进行脱氰基和脱烷基，且底物也相当广泛，并能够帮助氰钴胺素进行结构转换。这样的多功能性是一个令人非常感兴趣的问题，解析MMACHC结构是揭开这一奥秘的唯一方法。目前，还没有任何关于MMACHC结构生物学研究的文献报道。因此，本项目选择对MMACHC和维生素B12复合物的结构与功能进行探索，具有一定的创新性。这一结构的获得对维生素B12代谢途径的研究将起到明显的推动作用，也可能为以维生素B12为载体的新型治癌药物和荧光探针的设计提供重要的理论基础和结构模型。

本项目以引起人cblC型甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸尿症的MMACHC蛋白为研究对象开展结构生物学研究。MMACHC是人体代谢维生素B12的必需蛋白，主要负责将从食物中摄入的维生素B12脱氰基和脱烷基，转换为人体可利用的形式，其缺陷将引起致命疾病。本项目成功解析了MMACHC与氰钴胺素（维生素B12的一种）的复合物结构，揭示了MMACHC底物多样型的原因，并解释了不同MMACHC位点突变造成的病情差异的原因。在本项目的资助下，课题组还开展了针对细胞色素P450酶TxtE结构与功能的研究，并取得了明显进展。TxtE是一种来源于链霉菌的细胞色素P450酶。在一氧化氮、氧气和NADPH存在的条件下可直接硝化L-色氨酸的吲哚基团生成L-4-硝基色氨酸，是Thaxtomins A生物合成途径中的关键一步。尽管一氧化氮相关的硝化反应在有机体内并不是一个不常见的反应，但TxtE仍是第一个在生物合成途径中被报道的可催化直接硝化反应的酶。由于TxtE可在非常温和的条件下，催化硝化反应，因此TxtE也被认为具有工业应用的潜质。本项目成功解析了TxtE的晶体结构并通过分子对接和点突变实验证明了Arg59、Tyr89、Asn293、Thr296和Glu394与L-色氨酸之间的极性接触可能是酶识别和结合底物的关键。