课题基金 / 基金详情

新型微生物谷氨酰胺转氨酶的挖掘及其酰基供体特异性机制的研究

批准号:
32071474
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘松
依托单位:
学科分类:
应用生物技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘松

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物谷氨酰胺转氨酶(TGase)能催化蛋白质中谷氨酰胺残基(酰基供体)转移至赖氨酸残基或其它氨基化合物(酰基受体),形成的酰胺共价键使蛋白质交联或与氨基化合物连接。研究表明,TGase只能以具有特定相邻氨基酸残基的谷氨酰胺为酰基供体,有限的酰基供体识别范围成为其在制药、纺织及皮革等领域应用的主要障碍。为拓宽TGase酰基供体谱,实现对酰基供体特异性的有效调控,申请人拟开展如下研究:(1)通过生物信息学方法从基因数据库中筛选代表性微生物TGase,构建与已报道TGase具有不同酰基供体特异性的酶库;(2)分析新型微生物TGase与其酰基供体的相互作用,揭示不同TGase酰基供体结合方式的差异;(3)对影响酶-酰基供体结合位点的关键区域进行改造,调控TGase酰基供体特异性。研究结果将有助于人们加深对酰基转移酶类催化机制的认识,同时为TGase改造和高效应用提供理论支撑。
英文摘要
Microbial transglutaminase (TGase) can catalyze the transfer of glutamine residues (acyl donors) in proteins to lysine residues or other amino compounds (acyl receptors), forming an amide covalent bond to crosslink or connect proteins with amino compounds. A number of studies have indicated that TGase could only recognized those Glutamines with specific flanking residues as its acyl donors, and the limited scope of acyl donor recognition has become the main obstacle in the application of TGase in pharmaceutical, textile and leather indutries. In order to broaden the acyl donor spectrum of TGase and effectively regulate the acyl donor specificity, we intend to carry out the following researches: (1) Select the representative microorganism TGase from the gene database through the bioinformatic methods, and construct the enzyme library with acyl donor specificities different from the reported TGase; (2) Analyze the interactions between the novel microbial TGase and its acyl donor and reveal the difference in acyl donor-docking model among different TGases; (3) The key regions of enzyme that affect the acyl donor binding were modified to regulate the acyl donor specificity of TGase. The research results will help people to understand the catalytic mechanism of acyltransferase, and provide theoretical support for the efficient modification and application of TGase.
微生物谷氨酰胺转氨酶(TGase)能够催化蛋白质中谷氨酰胺残基(酰基供体)转移至赖氨酸残基或其他氨基化合物(酰基受体),形成的酰胺共价键使蛋白质交联或被氨基化合物修饰。然而,TGase仅能作用于具有特定相邻氨基酸残基的谷氨酰胺,这一特性限制了其在制药、纺织及皮革等领域的广泛应用。为拓宽TGase的酰基供体谱并实现对其特异性的有效调控,本项目以链霉菌来源的TGase为研究对象,开展了系统深入的研究。首先,本项目基于祖先序列重建(Ancestral Sequence Reconstruction, ASR)技术,对95条链霉菌来源的TGase序列进行分析,成功构建了包含7条祖先酶的TGase酶库。通过结构比对和催化常数(kcat)分析,发现对于茂原链霉菌(Streptomyces mobaraensis)TGase难以识别的酰基供体底物GGGGQR,有6个祖先酶展现出较高的催化活性,表明该酶库在底物特异性方面具有显著的多样性。其次,为揭示TGase底物特异性机制,本项目开发了基于深度学习的酶底物口袋预测模型DUnet-3。该模型在蛋白质-配体结合位点预测中表现出较高的准确性,优于现有模型PUResNet和FTSite。通过DUnet-3预测并结合丙氨酸扫描实验,成功鉴定了S. mobaraensis TGase的10个关键底物结合位点,其中突变体S299A的酶活较野生型提高了13%,为TGase的底物特异性调控提供了重要靶点。进一步地,本项目以S. mobaraensis TGase耐热突变体TGm2为基础,通过分子对接和虚拟突变扫描,筛选出对GGGGQR催化活性显著提升的突变体TGm2-G250H和TGm2-Y278E。分子动力学模拟表明,这两个突变体通过提高酶分子的柔性和缩短催化活性位点与底物的距离,显著增强了底物结合能力,从而提升了催化效率。此外,为提高TGase的热稳定性,本项目基于折叠自由能变分析,筛选出两个有利突变S116A和S179L,并构建了双突变体FRAPD-TGm2A。该突变体在60℃下的半衰期和熔解温度(Tm)分别提高了80%和0.6℃,且催化活性显著增强。分子动力学模拟显示,FRAPD-TGm2A通过增加分子内氢键数量,提高了整体刚性,从而增强了热稳定性。研究成果为TGase的精准应用提供了坚实的理论依据和技术支持,具有一定的科学意义和应用前景。
基于蛋白质折叠调控的链霉菌谷氨酰胺转胺酶高效分泌表达研究
  • 批准号:
    31771913
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘松
  • 依托单位:
融合自组装双亲短肽提高Pseudomonas aeruginosa脂肪氧合酶热稳定性机制的研究
  • 批准号:
    31401638
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    刘松
  • 依托单位:
国内基金
海外基金