近日，Journal of Agricultural and Food Chemistry在線發(fā)表了江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院崔鳳杰教授課題組的研究成果“Functional Characterization and Structural Basis of the β-1,3-Glucan Synthase CMGLS from Mushroom Cordyceps militaris” （Fu et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2022, 70 （28）， 8725-8737）。2020級(jí)碩士生付鑫為論文第一作者，崔鳳杰教授為論文通訊作者。
葡聚糖是一大類(lèi)由α/β-1,3、1,4或1,6-糖苷鍵連接葡萄糖單體形成的大分子多聚體，是真菌細(xì)胞壁的重要結(jié)構(gòu)組分之一，其具有能量存儲(chǔ)、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳導(dǎo)等功能。β-葡聚糖因其重要的生物學(xué)功能而引起了廣泛關(guān)注，例如刺激先天免疫、降低血脂、平衡腸道微生物菌群和促進(jìn)傷口愈合。到目前為止，酵母和部分絲狀真菌中β-葡聚糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能和合成途徑已得到了較為詳細(xì)的闡述，然而有關(guān)其合成相關(guān)酶系的催化特性和機(jī)制還未得到明確地闡明。
一般來(lái)說(shuō)，β-葡聚糖的生物合成過(guò)程主要涉及前體UDP-葡萄糖的合成、β-葡聚糖鏈的聚合、伸長(zhǎng)和分支，其關(guān)鍵步驟是由β-1,3-葡聚糖合成酶復(fù)合物通過(guò)催化亞基 β-1,3-葡聚糖合酶和至少一個(gè)調(diào)節(jié)亞基 Rho1在質(zhì)膜（PM）附近發(fā)生的葡聚糖鏈的聚合和伸長(zhǎng)。然而，β-1，3-葡聚糖合成酶復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)嚴(yán)重阻礙了對(duì)其催化特性和機(jī)理的理解。
針對(duì)以上問(wèn)題，該研究以蛹蟲(chóng)草為研究對(duì)象，來(lái)進(jìn)一步明確蛹蟲(chóng)草中β-1,3-葡聚糖合成酶的催化特性和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。首先，克隆、鑒定和重新注釋了編碼β-1,3-葡聚糖合酶的基因CMGLS，得到準(zhǔn)確氨基酸序列后對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析。其次，采用產(chǎn)物包埋純化法從蛹蟲(chóng)草發(fā)酵菌絲體中得到了部分純化的CMGLS，并異源表達(dá)了葡聚糖合成酶的中心親水結(jié)構(gòu)域CMGLS-CHCD對(duì)比分析其催化特性。最后，通過(guò)AlphaFold首次預(yù)測(cè)了β-1,3-葡聚糖合成酶的三維（3D）結(jié)構(gòu)（圖1），并在此基礎(chǔ)上，利用分子對(duì)接來(lái)闡明其潛在催化機(jī)制。結(jié)果表明底物UDP-葡萄糖通過(guò)氫鍵、π-π堆積、鹽橋和疏水作用力與CMGLS中至少11個(gè)氨基酸殘基結(jié)合，Arg1436被預(yù)測(cè)為直接與葡萄糖、磷酸和UDP-葡萄糖上的核糖環(huán)相互作用的關(guān)鍵氨基酸（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)將為認(rèn)識(shí)和理解真菌葡聚糖合成酶催化合成葡聚糖的過(guò)程和機(jī)理提供了一定的研究基礎(chǔ)和技術(shù)參考。
崔鳳杰教授課題組近年來(lái)在真菌生物技術(shù)、真菌多糖的合成途徑和關(guān)鍵酶系的功能解析等領(lǐng)域開(kāi)展了一系列的研究，研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32172187，31771961，31101269）的資助，研究成果已發(fā)表在Journal of Agricultural Food and Chemistry （2019, 67 （32）， 8875-8883）； International Journal of Biological Macromolecules （2020, 161, 1161-1170；2020, 165, 1593-1603; 2021, 191, 996-1005）；Applied Microbiology and Biotechnology （ 2022, 106, 563-578） 等期刊，獲授權(quán)專(zhuān)利3件。
日期：2022-09-09
葡聚糖是一大類(lèi)由α/β-1,3、1,4或1,6-糖苷鍵連接葡萄糖單體形成的大分子多聚體，是真菌細(xì)胞壁的重要結(jié)構(gòu)組分之一，其具有能量存儲(chǔ)、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳導(dǎo)等功能。β-葡聚糖因其重要的生物學(xué)功能而引起了廣泛關(guān)注，例如刺激先天免疫、降低血脂、平衡腸道微生物菌群和促進(jìn)傷口愈合。到目前為止，酵母和部分絲狀真菌中β-葡聚糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能和合成途徑已得到了較為詳細(xì)的闡述，然而有關(guān)其合成相關(guān)酶系的催化特性和機(jī)制還未得到明確地闡明。
一般來(lái)說(shuō)，β-葡聚糖的生物合成過(guò)程主要涉及前體UDP-葡萄糖的合成、β-葡聚糖鏈的聚合、伸長(zhǎng)和分支，其關(guān)鍵步驟是由β-1,3-葡聚糖合成酶復(fù)合物通過(guò)催化亞基 β-1,3-葡聚糖合酶和至少一個(gè)調(diào)節(jié)亞基 Rho1在質(zhì)膜（PM）附近發(fā)生的葡聚糖鏈的聚合和伸長(zhǎng)。然而，β-1，3-葡聚糖合成酶復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)嚴(yán)重阻礙了對(duì)其催化特性和機(jī)理的理解。
針對(duì)以上問(wèn)題，該研究以蛹蟲(chóng)草為研究對(duì)象，來(lái)進(jìn)一步明確蛹蟲(chóng)草中β-1,3-葡聚糖合成酶的催化特性和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。首先，克隆、鑒定和重新注釋了編碼β-1,3-葡聚糖合酶的基因CMGLS，得到準(zhǔn)確氨基酸序列后對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)分析。其次，采用產(chǎn)物包埋純化法從蛹蟲(chóng)草發(fā)酵菌絲體中得到了部分純化的CMGLS，并異源表達(dá)了葡聚糖合成酶的中心親水結(jié)構(gòu)域CMGLS-CHCD對(duì)比分析其催化特性。最后，通過(guò)AlphaFold首次預(yù)測(cè)了β-1,3-葡聚糖合成酶的三維（3D）結(jié)構(gòu)（圖1），并在此基礎(chǔ)上，利用分子對(duì)接來(lái)闡明其潛在催化機(jī)制。結(jié)果表明底物UDP-葡萄糖通過(guò)氫鍵、π-π堆積、鹽橋和疏水作用力與CMGLS中至少11個(gè)氨基酸殘基結(jié)合，Arg1436被預(yù)測(cè)為直接與葡萄糖、磷酸和UDP-葡萄糖上的核糖環(huán)相互作用的關(guān)鍵氨基酸（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)將為認(rèn)識(shí)和理解真菌葡聚糖合成酶催化合成葡聚糖的過(guò)程和機(jī)理提供了一定的研究基礎(chǔ)和技術(shù)參考。
崔鳳杰教授課題組近年來(lái)在真菌生物技術(shù)、真菌多糖的合成途徑和關(guān)鍵酶系的功能解析等領(lǐng)域開(kāi)展了一系列的研究，研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32172187，31771961，31101269）的資助，研究成果已發(fā)表在Journal of Agricultural Food and Chemistry （2019, 67 （32）， 8875-8883）； International Journal of Biological Macromolecules （2020, 161, 1161-1170；2020, 165, 1593-1603; 2021, 191, 996-1005）；Applied Microbiology and Biotechnology （ 2022, 106, 563-578） 等期刊，獲授權(quán)專(zhuān)利3件。
日期：2022-09-09
