Plant Cell | 南開大學解析C-糖基轉移酶的結構與催化機制

2020-07-26 BioArt植物

Plant Cell | 南開大學沈月全課題組解析C-糖基轉移酶UGT708C1的結構與催化機制

C-糖苷類化合物普遍存在於植物和微生物中，具有多種藥理活性，是藥物研發的重要來源之一。C-糖基轉移酶負責催化不同的糖基轉移到糖基受體上，形成C-C糖苷鍵，生成C-糖苷類化合物。基於對C-糖基轉移酶的活性研究，科學家們提出了不同的催化機理 【1,2】，具體的催化機理尚存在很大的爭議。


UGT708C1是在蕎麥（Fagopyrum esculentum）中鑑定出的一種C-糖基轉移酶，該酶能夠以UDP-glucose作為糖基供體，特異性的識別並催化2-羥基黃酮、二氫查耳酮、2′,4′,6′-三羥基苯乙酮以及其他結構類似於 2′,4′,6′-三羥基苯乙酮的化合物的C-糖基化反應【3】。2019年6月4日，Angew Chem Int Ed Engl雜誌報導了來源於藥用植物金蓮花（Trollius chinensis）的C-糖基轉移酶TcCGT1與尿苷 5′-二磷酸酯（UDP）複合物的結構與催化機理，且TcCGT1具有催化混雜性【4】。與TcCGT1不同，UGT708C1具有催化特異性，但是針對這種催化特異性的解釋缺乏關鍵的結構信息。


2020年7月22日，南開大學沈月全課題組在The Plant cell 雜誌上發表了題為Crystal Structures of C-glucosyltransferase UGT708C1 Provide Insights into the Mechanism of C-glycosylation 的文章，該研究分別以2.1 Å、2.0 Å和 2.25 Å的解析度解析了Apo-UGT708C1、UGT708C1-UDP-glucose和UGT708C1-UDP的晶體結構，基於晶體學數據，提出了UGT708C1與 phloretin複合物的晶體結構模型，為進一步闡釋UGT708C1的催化機理提供了重要的結構信息。


Plant Cell | 南開大學解析C-糖基轉移酶的結構與催化機制

Plant Cell | 南開大學解析C-糖基轉移酶的結構與催化機制


在這項研究中，該團隊在分子水平上揭示了C-糖基轉移酶UGT708C1與底物相互作用的詳細信息，通過進一步的結構分析和突變研究，揭示了胺基酸 Asp382、Gln383、Thr150和Thr151在糖基供體的識別與結合中的重要作用，揭示了胺基酸Phe130、Tyr102和Phe198對糖基受體穩定結合的重要作用，以及胺基酸His32、Asp129、Arg280和Asp96對UGT708C1催化反應的關鍵作用，最終提出了UGT708C1催化C-糖基化反應的機理。


該研究結果為C-糖苷類化合物的生物合成與基於C-糖苷類化合物的藥物研發奠定了基礎。


Plant Cell | 南開大學解析C-糖基轉移酶的結構與催化機制


該工作和南開大學藥學院林建平教授合作完成。南開大學藥學院博士生劉美子為本文的第一作者。


參考文獻

[1] Gutmann, A. and B. Nidetzky, Switching between O- and C-glycosyltransferase through exchange of active-site motifs[J]. Angew Chem Int Ed Engl, 2012. 51(51): 12879-83.

[2] Hirade, Y., N. Kotoku, K. Terasaka, et al., Identification and functional analysis of 2-hydroxyflavanone C-glucosyltransferase in soybean (Glycine max)[J]. FEBS Lett, 2015. 589(15): 1778-86.

[3] Nagatomo, Y., S. Usui, T. Ito, et al., Purification, molecular cloning and functional characterization of flavonoid C-glucosyltransferases from Fagopyrum esculentum M. (buckwheat) cotyledon[J]. Plant J, 2014. 80(3): 437-48.

[4] He, J.B., P. Zhao, Z.M. Hu, et al., Molecular and Structural Characterization of a Promiscuous C-Glycosyltransferase from Trollius chinensis[J]. Angew Chem Int Ed Engl, 2019. 58(33): 11513-11520.


原文連結：

https://doi.org/10.1105/tpc.20.00002

相關焦點

  • 內質網糖基轉移酶ALG6的結構與機制
    內質網糖基轉移酶ALG6的結構與機制 作者：小柯機器人 發布時間：2020/2/27 16:01:20 瑞士蘇黎世聯邦理工學院Kaspar P.
  • . | 恥垢分枝桿菌阿拉伯糖基轉移酶EmbB的冷凍電鏡結構
    在參與分枝桿菌細胞壁生物合成的酶中，阿拉伯呋喃糖基轉移酶負責將D-阿拉伯呋喃葡萄糖部分添加到AG和LAM上。阿拉伯糖基轉移酶B(EmbB)是一個117 kDa的完整膜酶，參與AG阿拉伯聚糖鏈的α-(1→5)連接延伸。EmbB和與其同源的兩個阿拉伯糖基轉移酶EmbA和EmbC由同一操縱子編碼。乙胺丁醇是一種抗結核和非結核分枝桿菌病的一線抗生素。
  • 饒子和團隊《Science》解析「藥靶-藥物」三維結構
    研究表明，乙胺丁醇靶向參與AG和LAM合成的阿拉伯糖基轉移酶EmbA，EmbB和EmbC。但是自該藥物問世以來，其分子機制一直未被解開，這就大大阻礙了乙胺丁醇這一「傳統老藥」的更新換代和耐藥性的解決。饒子和院士團隊長期以來致力於針對結核病重要靶點的研究及新藥開發。
  • Plant Cell:蛋白質精氨酸甲基化轉移酶SKB1是植物感知脅迫並協調...
    目前我們對於植物如何感受土壤中鹽濃度，進而通過調節生長發育過程以適應鹽脅迫環境的分子機制還缺乏認識。中國科學院遺傳與發育生物學研究所鮑時來研究組以模式植物擬南芥為材料，利用遺傳學和生物化學等研究手段，揭示了蛋白質精氨酸甲基轉移酶SKB1在植物耐受鹽脅迫和生長發育過程中起重要作用。該研究發現SKB1的功能缺失導致擬南芥對鹽脅迫的超敏感、生長遲緩及晚花等缺陷。
  • 饒子和團隊Science解析「藥靶-藥物」三維結構,揭示一線抗結核藥物...
    研究表明，乙胺丁醇靶向參與AG和LAM合成的阿拉伯糖基轉移酶EmbA，EmbB和EmbC。但是自該藥物問世以來，其分子機制一直未被解開，這就大大阻礙了乙胺丁醇這一「傳統老藥」的更新換代和耐藥性的解決。饒子和院士團隊長期以來致力於針對結核病重要靶點的研究及新藥開發。
  • Plant J | 植物所王亮生、劉成團隊揭示蓮黃酮二c-糖苷合成過程
    類黃酮c-糖苷是一種富集於蓮花心胚芽中的化合物，近年來因其獨特的化學結構和特殊的生物活性引起人們的廣泛關注。除了類黃酮c-糖苷外，蓮子心還積累黃酮二c -糖苷，但黃酮二c -糖苷生物合成的分子機制尚不清楚。
  • de novo DNA甲基轉移酶和天然底物核小體的高解析度結構首次獲解析
  • 生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然多糖的協同機制
    自然界中纖維素和幾丁質的水解是一個發生在固液界面的催化過程，主要由糖基水解酶催化完成。這個過程高度依賴於糖基水解酶的「進程性」，即酶在不離開高聚底物的情況下，每次結合底物後連續重複催化的次數，也就是酶在底物上的持續奔跑距離。但是，人們對提高糖基水解酶「進程性」的因素缺乏深入的理解。圖1.內切酶促進外切酶對幾丁質的水解。
  • 高解析度SARS-CoV-2甲基轉移酶結構揭示轉錄後加工分子機制
    近日，美國西北大學Satchell團隊利用X射線衍射解析了新冠病毒mRNA甲基轉移酶nsp16與nsp10的複合體結構，深度解析了甲基轉移酶的催化機理，為新冠病毒抑制劑的開發提供新的策略，相關研究成果發表在國際期刊ScienceSignaling上，題為「
  • 海洋藥物教育部重點實驗室在醯基轉移酶分子機制研究領域取得重要...
    in A Bacterial Acyltransferase」（《細菌醯基轉移酶特異性選擇具有羧基末端醯基供體的分子基礎》）的研究論文，海洋藥物教育部重點實驗室肖菲博士為第一作者，李文利教授為唯一通訊作者。
  • 南開團隊揭示MERS-CoV、SARS-CoV主蛋白酶催化機制
    南開新聞網訊（記者 吳軍輝）近日，經過持續科研攻關，南開大學藥學院、藥物化學生物學國家重點實驗室尚魯慶副教授課題組揭示了冠狀病毒主蛋白酶的催化機制，討論了冠狀病毒MERS-CoV與SARS-CoV主蛋白酶在催化過程中的區別，進而優化了主蛋白酶抑制劑的生物活性。
  • Cell | 依賴巖藻糖基生物素化的相互作用來檢測腫瘤抗原特異性T細胞
    大家好，今天給大家分享一篇cell上的文章，作者是美國斯克裡普斯研究所的Zilei Liu,中國南京大學Jie P.
  • 海洋藥物教育部重點實驗室在醯基轉移酶分子機制研究領域取得重要進展
    8月17日，中國海洋大學醫藥學院李文利課題組在國際頂尖化學期刊Journal of the American Chemical Society在線發表了題為「Structural Basis of Specificity for Carboxyl-terminated Acyl Donors in A Bacterial Acyltransferase」（《細菌醯基轉移酶特異性選擇具有羧基末端醯基供體的分子基礎
  • 首次解析de novo DNA甲基轉移酶和天然底物核小體的高解析度結構
    de novo DNA甲基化轉移酶3A和3B催化的CpG甲基化對哺乳動物的發育和細胞分化至關重要，並且常常與癌症的發生密切相關。並且常常與癌症的發生密切相關。近日，中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組與美國溫安洛研究所Peter Jones課題組、Karsten Melcher課題組合作，利用冷凍電鏡技術首次解析de novo DNA甲基轉移酶（DNMT3A2/DNMT3B3）和天然底物核小體的高解析度結構，闡述了DNMT3A2/DNMT3B3與核小體的結合模式，提出全基因組DNA甲基化的模型。相關成果已發表在《Nature》上。
  • Cell Res | 新進展,張鵬團隊解析植物PLDα1的晶體結構,揭示真核磷脂酶D的催化和調控機制
    在真核生物中已經發現了大量的PLDs，這些酶被認為是藥物設計的理想靶點，因為這些酶在許多人類疾病的病理生理學中發揮著重要的作用。然而，真核生物PLD的催化和調控的分子機制尚不清楚。研究測定了全長植物PLDα1在apo狀態和與PA的配合物中的晶體結構，揭示了真核磷脂酶D(PLD)的催化和調控機制。
  • ACS Catalysis|基於兩種冠狀病毒主蛋白酶3CL的催化機制提出藥物...
    先睹為快單位與作者南開大學藥學院（李冬梅教授&尚魯慶教授）計算方法與模型SARS-CoV 3CLPro (PDB ID的主蛋白酶為對象，對其識別階段和酶切階段的催化機制進行了深入研究。在識別階段，該團隊解釋了蛋白酶的S1口袋識別底物高度保守的Gln的原因；在催化階段，該團隊研究底物是如何被蛋白酶所固定的。為了更好地理解這兩個蛋白酶個體的特性，該團隊利用小分子抑制劑探針，結合結構生物學，酶學等手段探究了MERS-CoV和SARS-CoV主蛋白酶的催化區別，並提出基於機制的藥物設計策略。
  • 大連理工大學生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然...
    大連理工大學生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然多糖的協同機制 2020-12-15 22:40 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 科學家揭示催化烯反應酶及其周環選擇性分子機制
    本報訊（記者黃辛）中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室周佳海課題組和美國加州大學洛杉磯分校唐奕課題組、Kendall N.Houk課題組合作，首次表徵了自然界中催化Alder-ene反應（烯反應）的酶及其催化氧雜Diels-Alder（DA）反應的同源蛋白，解析了這兩類酶及其複合物的高解析度晶體結構，並通過定點突變實現了周環選擇性的逆轉，闡明了兩類酶如何利用幾乎相同的活性位點實現周環選擇性的精準控制。日前，該研究成果發表於《自然》。
  • ACS Catalysis|馬爾科夫模型在糖基轉移酶模擬中的應用
    ppGalNAc-T酶是O-GalNAc糖基化修飾的起始糖基轉移酶，在人體中，ppGalNAc-Ts家族由20種同工酶組成，根據其相似性分為Ia，Ib，Ic，Id，Ie，If，Ig，IIa和IIb七個亞家族。ppGalNAc-T酶通過對底物位點的選擇性催化，精密調控蛋白的O-GalNAc糖基化。已有研究報導，ppGalNAc-T酶催化結構域的catalytic loop在整個催化反應中至關重要。
  • 中國科大揭示一種酵母乙醯轉移酶的「鑽戒」結構
    中青在線訊（範瓊 中國青年報·中青在線記者 王磊） 鑽戒可以增進兩個愛人之間的感情，具有「鑽戒」結構的組蛋白乙醯轉移酶/反式激活蛋白結合蛋白複合物（下稱該複合物）能促進生物體內多種重要過程，包括轉錄、DNA損傷修復和信號傳導等。