岩藻糖基转移酶对非天然供体底物选择性的分子改造

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470788
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

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。

结项摘要

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

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Comprehensive characterization of sphingolipid ceramide N-deacylase for the synthesis and fatty acid remodeling of glycosphingolipids
用于鞘糖脂合成和脂肪酸重塑的鞘脂神经酰胺 N-脱酰酶的综合表征
  • DOI:
    10.1007/s00253-015-6421-8
  • 发表时间:
    2015-08-01
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Han, Yun-Bin;Wu, Lie;Yang, Guang-Yu
  • 通讯作者:
    Yang, Guang-Yu
Structural Insights into the Broad Substrate Specificity of a Novel Endoglycoceramidase I Belonging to a New Subfamily of GH5 Glycosidases
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  • DOI:
    10.1074/jbc.m116.763821
  • 发表时间:
    2017-03-24
  • 期刊:
    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Han, Yun-Bin;Chen, Liu-Qing;Yang, Guang-Yu
  • 通讯作者:
    Yang, Guang-Yu
基于液滴微流控技术的超高通量筛选体系及其在合成生物学中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生物技术通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马富强;杨广宇
  • 通讯作者:
    杨广宇
A facile method for controlling the reaction equilibrium of sphingolipid ceramide N-deacylase for lyso-glycosphingolipid production
一种控制鞘脂神经酰胺 N-脱酰酶用于溶血鞘糖脂生产反应平衡的简便方法
  • DOI:
    10.1194/jlr.d061176
  • 发表时间:
    2015-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF LIPID RESEARCH
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Huang, Feng-Tao;Han, Yun-Bin;Yang, Guang-Yu
  • 通讯作者:
    Yang, Guang-Yu
Substrate Engineering Enabling Fluorescence Droplet Entrapment for IVC-FACS-Based Ultrahigh-Throughput Screening
基质工程实现荧光液滴捕获,用于基于 IVC-FACS 的超高通量筛选
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.6b01712
  • 发表时间:
    2016-09-06
  • 期刊:
    ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Ma, Fuqiang;Fischer, Michael;Yang, Guang-Yu
  • 通讯作者:
    Yang, Guang-Yu

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其他文献

神经节苷脂氟化寡糖在大肠杆菌中的生物合成
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨广宇
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    0.3
  • 作者:
    马富强;冯雁;杨广宇
  • 通讯作者:
    杨广宇
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    10.13344/j.microbiol.china.160731
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘天罡
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    杨广宇
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    赵培;贾文鹏;贺卫卫;黄瑜;杨广宇
  • 通讯作者:
    杨广宇

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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