Sci Adv丨陳衛團隊建立植物糖基轉移酶理性設計的新策略

黃酮糖苷類化合物作為一類重要的植物次生代謝產物，因其顯著的生物活性而被用于多種疾病的預防和治療。黃酮類化合物的糖基化由植物UDP-糖基轉移酶（UDP-glycosyltransferases，UGTs）負責，這一催化過程對于合成結構多樣、化學性質穩定和具有藥用價值的黃酮糖苷類化合物具有重要意義。與傳統的基于化學合成技術的糖基化反應相比，植物UGTs催化是一種綠色、經濟的生物修飾方法。然而，大多數天然植物UGTs通常存在酶催化活性低、區域選擇性差、底物譜或糖供體寬泛性有限等問題，極大地限制了其在農業、食品和生物醫藥等領域中的應用。

研究表明，在黃酮類化合物C-3'和C-7羥基的糖基化修飾可以提升其抗氧化、降血糖等生物活性。然而，可以催化黃酮類化合物在C-3'和C-7羥基糖基化修飾的植物UGTs鮮有報道。因此，深入挖掘植物中豐富的糖基轉移酶資源，有助于闡明黃酮糖苷類化合物的生物合成途徑，實現具有藥用價值的黃酮糖苷化合物的定向合成。更重要的是，對具有應用潛力的糖基轉移酶進行挖掘，以及開發相應的蛋白質工程策略對這些酶進行改造，可以有效彌補天然植物UGTs的催化缺陷，以滿足具有藥用價值的黃酮糖苷化合物的定向合成所需的高活性，區域選擇性精準控制等功能要求。

近日，浙江大學陳衛教授團隊在Science Advances在線發表題為

Comprehensive Engineering of Novel Glycosyltransferase for Efficient, Donor Promiscuous and Regioselective Glycosylation of Flavonoids

野生型植物UGTs的催化活性、區域選擇性、底物譜寬泛性較差，限制了植物UGTs在工業生產中的應用。同時，植物UGTs的蛋白質工程改造研究目前主要多依賴于2-氯-4-硝基-苯酚顏色反應的篩選策略，而這種定向進化策略通長需要構建龐大的突變篩選文庫，并且對于異源表達量較低的酶，以及酶的催化區域選擇性改造無法適用。基于蛋白結構序列結合虛擬計算的理性設計策略被視為該領域的重要突破點，但目前仍沒有一種全面、高效、普適的植物UGTs理性設計策略，使植物UGTs的定向改造面臨瓶頸。

因此，作者團隊開發了一套基于飽和突變篩選指導的針對植物UGTs定制的FRISM策略。從多維度蛋白結構預測，突變能計算分析指導，底物結合口袋重塑、關鍵氨基酸序列進化分析、分子動力學等手段對野生型UGT75AJ2進行理性設計，最終獲得UGT75AJ2的四重突變體Mut4-1（S367A/V274A/F82V/I132T），其催化活性是野生型的128倍。隨后，采用上述定制的FRISM策略對另外兩種來源、糖基化修飾位點不同的植物糖基轉移酶Vc3GT和 Ac3GT 成功進行酶活力提升改造，進一步驗證了該策略的有效性和通用性。

圖. 糖基轉移酶UGT75AJ2的糖基供體寬泛性改造（源自論文）

此外，運用基于結構和序列信息指導下的氨基酸替換、飽和突變和組合突變技術手段，通過構建“小而精”的突變文庫和高通量篩選，提升了UGT75AJ2的糖基供體寬泛性以及催化區域選擇特異性，在豐富產物多樣性的同時為高價值的黃酮 3'-O糖苷和7-O糖苷的生物合成提供了實用的合成生物學催化元件。

綜上，該研究建立了植物糖基轉移酶理性設計的新策略，為提升植物糖基轉移酶的活性、糖基供體寬泛性與區域選擇性提供了新范式，為蛋白質理性設計與定向改造在合成生物學與綠色生物制造領域的應用提供了新的視野和思路，為具有藥用價值的黃酮糖苷類化合物的定向合成與大健康功能產品的創制提供了理論和實驗基礎。

浙江大學陳衛教授為論文通訊作者，浙江大學魯洋博士與謝亮華副研究員為論文共同第一作者，浙江大學王勇研究員等為本研究做出了重要貢獻。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5064

陳衛，浙江大學教授、博士生導師，入選國家級人才項目。現任浙江大學食品生物科學技術研究所所長、浙江大學寧波國際科創中心食品院長、浙江省國際聯合實驗室主任、浙江大學-佐力藥業智賦食藥聯合研發中心主任。承擔國家自然科學基金、浙江省杰出青年基金、國家重點研發計劃、國家科技支撐計劃、浙江省重點研發計劃等國家和省部級項目30余項。以第一完成人獲中國專利獎、浙江省自然科學獎二等獎、中國產學研合作創新獎。擔任SCI期刊J. Sci. Food Agric.執行主編、Food Qual. Saf. 區域主編、J. Funct. Food、 J. Zhejiang Univ.-SCI. B編委。以通訊/第一作者發表SCI論文160余篇，ESI高被引論文18篇，H指數56，授權發明專利26件。主要成果發表于Science Advances、Nature Communications、eLife、Autophagy 等國際高影響力期刊。陳衛教授團隊長期招聘合成生物學、食品營養與安全、藥理學、功能食品開發、人工智能與未來食品制造等研究方向的博士后、工程師、博士/碩士，應聘者請投遞申請材料，并將應聘理由注明“姓名+應聘博士后/工程師”。通過初審者，我們將盡快安排面試。

簡歷投遞（ 有意者請將個人簡歷等材料發至 ）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或掃描二維碼投遞簡歷

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【非原創文章】本文著作權歸文章作者所有，歡迎個人轉發分享，未經作者的允許禁止轉載，作者擁有所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！