近日,EON体育4平台白林泉教授團隊在國際權威期刊《Nature Communications》上在線發表了題為“Endowing homodimeric carbamoyltransferase GdmN with iterative functions through structural characterization and mechanistic studies”的研究論文🫸🏻。該研究聚焦安莎類藥物(安絲菌素和格爾登素)生物合成後修飾中新穎二聚化氨甲酰基轉移酶,細致解析了其蛋白的催化機製,實現了對酶功能的迭代氨甲酰化重塑。EON体育4平台博士研究生韋建華和廈門大學張璇博士為論文第一作者,EON体育4平台白林泉教授和康前進副研究員為共同通訊作者。
美登素類藥物化學結構上屬於安莎類天然產物,具有極強的抗腫瘤活性🤸🏽,現已被成功用於抗體偶聯藥物的“彈頭”分子👩🏼🏫,開發了治療HER2+乳腺癌的藥物。同時,已有多個管線的抗體偶聯藥物正處於開發或臨床檢定階段👱。白林泉教授聯合多個研究小組,長期研究微生物源美登素類(安絲菌素)藥物的生物合成機製和代謝途徑改造,並取得了一系列研究成果💂♀️📈。
氨甲酰基轉移酶作為一類廣泛存在於初級代謝和次級代謝的生物大分子,在安莎類藥物生物合成後修飾中起到重要作用♊️。次級代謝產物的構效關系研究表明,由氨甲酰基轉移酶加載的氨甲酰基對次級代謝產物的生物活性至關重要。該研究發現安莎類氨甲酰基轉移酶GdmN以面對面的形式形成了二聚化的結構🐔😥,特殊的C端結構域通過四個反向β片層的相互作用實現了蛋白二聚化的功能🧘♂️;通過對底物與蛋白復合體的共結晶條件優化,捕獲了GdmN與多個反應中間體的復合物晶體🥍,精細展現了供體底物分子與受體底物分子在酶反應中的動態過程和關鍵氨基酸殘基His27和Tyr82🧆,並結合計算分析深入解析了氨甲酰基的轉移機製。
圖1.二聚化氨甲酰基轉移酶的晶體結構及催化機製
在此基礎上,結合蛋白結構和系統發育分析,探討了二聚化氨甲酰基轉移酶的底物識別特征👨🦼,成功重塑了具有迭代氨甲酰化功能的蛋白👨🏿🎨,並揭示了蛋白功能重塑前後底物識別位置的變化。
圖2. 氨甲酰基轉移酶晶體結構指導的功能塑造
該研究解析了二聚化氨甲酰基轉移酶蛋白結構,進一步豐富了氨甲酰基轉移酶家族蛋白的研究,靈活運用結構生物學手段,捕獲到了酶催化過程中多個反應中間體的snapshots,結合計算生物學和蛋白改造,成功重新設計活性位點並擴大其催化能力,為其他蛋白的理性改造提供了借鑒。
該工作得到了我室鄭艦艇研究員🧑🦯➡️、唐滿成副教授👊🧓、林芝博士🏯、廈門大學王斌舉教授和中科院深圳先進技術研究院周佳海研究員等團隊的大力支持。該工作還得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金和上海市科學技術委員會項目等資助⚓️。
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