链霉菌磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶对载体蛋白的底物选择性的研究进展

磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(PPTase)催化脂肪酸合酶(FAS)、聚酮合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)中载体蛋白从脱辅基形态转化为全辅基形态,对脂肪酸、PKS产物和NRPS产物的生物合成起着不可或缺的作用。本文介绍并总结了链霉菌PPTase对载体蛋白底物选择性的最新研究进展:Ⅲ型PPTase特异性催化同一个多肽链中ACP的辅基化;Ⅱ型PPTase倾向于催化Ⅰ型PKS中ACP和NRPS中PCP的辅基化;Ⅰ型PPTase倾向于催化Ⅱ型PKS中ACP和Ⅱ型FAS中ACP的辅基化;编码基因位于基因簇内的Ⅰ型/Ⅱ型PPTase倾向于催化编码基因位于同基因簇内的PKS/NRPS中ACP/PCP的辅基化;这些研究结果为阐明并改造链霉菌辅基化网络以提高特定次级代谢产物的产量提供了参考和借鉴。     

海绵共生萎缩芽孢杆菌C89 PPTase bap基因的异源表达

【背景】磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(PPTase)催化非核糖体肽合成酶(NRPS)中肽酰载体蛋白(PCP)从无活性的脱辅基形态转化为有活性的全辅基形态,从而启动非核糖体肽类化合物的生物合成。【目的】鉴定贪婪倔海绵共生萎缩芽孢杆菌C89中Sfp型PPTase Bap,验证Bap激活NRPS中PCP的能力。【方法】通过BLAST和氨基酸多序列比对鉴定萎缩芽孢杆菌C89中Sfp型PPTase Bap。将bap基因在sfp基因突变株枯草芽孢杆菌168中异源表达,通过重组菌枯草芽孢杆菌168-bap的代谢物检测非核糖体肽类化合物Surfactin。【结果】Bap为Sfp型PPTase,检测到重组菌枯草芽孢杆菌168-bap中Surfactin的产生。【结论】本研究为海洋萎缩芽孢杆菌中NRPS基因簇的异源表达奠定了基础。     

肽基载体蛋白结构功能的研究进展

肽基载体蛋白(peptidyl carrier protein,PCP)是非核糖体肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)的核心结构域。根据NRPS的装配机制,每个模块都至少包含一个PCP,PCP对于非核糖体肽合成中氨基酸残基及多肽在不同催化结构域中的传递起着重要作用,并为氨基酸残基和多肽向模块内其他修饰酶的转移提供一个平台。本文主要对PCP的结构功能、与其他催化结构域的相互作用及重组模块活性降低的问题等方面进行了综述,期望为重组NRPS模块的构建提供理论依据。     

裂殖壶菌酰基载体蛋白(ACP)基因的克隆与表达

ACP(Acyl carrier protein,酰基载体蛋白)参与高度不饱和脂肪酸的PKS(Polyketide synthase)生物合成途径.从Schizochytrium sp.FJU-512 cDNA文库中获得了ACP基因的cDNA克隆.该序列开放读码框全长429 bp,编码142个氨基酸,等电点为5.04,具有4'-磷酸泛酰巯基乙胺(4'-PP)的结合位点.利用BamH Ⅰ/Hind Ⅲ双酶切,并连接到原核表达载体pET-30a,构建了pET-30a/acp表达载体,转化宿主菌E.coll BL21(DE3),IPTG诱导表达.SDS-PAGE分析表明该蛋白得到高效表达.     

裂殖壶菌酰基载体蛋白(ACP)基因的克隆与表达

ACP (Acyl carrier protein, 酰基载体蛋白) 参与高度不饱和脂肪酸的PKS (Polyketide synthase) 生物合成途径。从Schizochytrium sp.FJU-512 cDNA文库中获得了ACP基因的cDNA克隆。该序列开放读码框全长429 bp, 编码142个氨基酸, 等电点为5.04, 具有4′-磷酸泛酰巯基乙胺(4′-PP)的结合位点。利用BamHⅠ/HindⅢ双酶切, 并连接到原核表达载体pET-30a, 构建了pET-30a/acp表达载体, 转化宿主菌E.coli BL21(DE3), IPTG诱导表达。SDS-PAGE分析表明该蛋白得到高效表达。     

五个3-酮脂酰ACP合成酶同源蛋白的功能鉴定

大肠杆菌的FabB和FabF均具有长链3-酮基脂酰ACP合成酶活性.除参与长链饱和脂酰链的延伸外,FabB还是合成不饱和脂肪酸的关键酶之一,参与不饱和脂酰ACP的从头合成,最终生成顺-9-十六烯脂酰ACP.而FabF只能将顺-9-十六烯脂酰ACP延伸为顺-11-十八烯脂酰ACP,不参与不饱和脂酰ACP的从头合成.有研究表明,粪肠球菌、乳酸乳球菌、丙酮丁醇梭菌和茄科雷尔氏菌等细菌的FabF同源蛋白,具有类似大肠杆菌FabB和FabF的双功能.为证实该现象是否普遍存在,本研究选取了枯草芽孢杆菌BsfabF、中华苜蓿根瘤菌SmfabF、霍乱弧菌VcfabF、铜绿假单胞菌PafabF1和PafabF2 5个同源基因进行功能鉴定,体外酶学分析表明,5个FabF同源蛋白均具有长链3-酮基脂酰ACP合成酶活性,异体互补大肠杆菌CL28的脂肪酸组分分析显示,SmfabF、VcfabF、PafabF1和PafabF2具有3-酮脂酰ACP合成酶Ⅱ(FabF)活性,遗传互补大肠杆菌温度敏感突变株CY242和CY244的研究显示,仅有PafabF2编码的蛋白拥有3-酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性,能互补大肠杆菌fabB的突变.这表明不是所有的FabF同源蛋白均具有3-酮脂酰ACP合成酶Ⅰ和Ⅱ的双重活性.     

粪肠球菌(Enterococcus faecalis)β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ同源蛋白功能分析

FabB和FabF是大肠杆菌(Escherichia.coli)脂肪酸合成的关键酶.生物信息学分析显示,粪肠球菌基因组中有2个与大肠杆菌fabF同源的基因:fabF1和fabF2,缺少与fabB同源的基因.用粪肠球菌(Enterococcus faecalis)V583总DNA为模板,PCR扩增fabF1和fabF2基因,以pBAD24为载体,构建了重组质粒pHW13(fabF1)和pHW14(fabF2).体内体外研究显示:fabF1基因能互补大肠杆菌fabB突变,FabF1具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性;fabF2能互补大肠杆菌fabF突变,FabF2具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅱ(FabF)活性.同时发现粪肠球菌FabF2不同于大肠杆菌FabF,它还拥有微弱β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性,可使大肠杆菌fabB突变株产生少量的不饱和脂肪酸.上述结果表明,FabF类酶(FabF like enzyme)同样可以具有β酮脂酰ACP合成酶Ⅰ(FabB)活性.     

垩唑霉素生物合成的反式酰基转移酶具有底物宽泛性

垩唑霉素生物合成中的聚酮合酶(PKS)均缺少酰基转移酶(AT)功能域,在聚酮合酶外含有两个独立的反式AT OzmM和OzmC。对反式AT的敲除及回补实验证明两个反式AT是垩唑霉素合成所必需的。AT的功能是将延伸单元丙二酰辅酶A或者甲基丙二酰辅酶A传递到酰基载体蛋白(ACP)。为了研究OzmM和OzmC在垩唑霉素生物合成中的功能,本研究以OzmM蛋白和PKS蛋白OzmK为研究对象,研究了反式AT是否和PKS蛋白存在相互作用及反式AT将延伸单元传递给ACP后是否仍和PKS蛋白存在相互作用。为确定OzmM的功能,本研究在大肠杆菌BL21(DE3)中表达了OzmM蛋白并对其纯化进行体外实验,并且利用亲和共纯化和生物膜干涉技术验证了OzmM和OzmK之间的相互作用。本研究推测当OzmM将底物传递给ACP后会离开PKS蛋白,不参与延伸单元与聚酮主链的缩合反应,并且反式AT (OzmM)与PKS (OzmK)之间的弱相互作用是反式AT在ACP与PKS之间快速传递延伸单元的功能所必须的。另一个反式AT OzmC的功能为传递甲氧丙二酰ACP到OzmJ-ACP,本研究利用丙二酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A对其底物宽泛性进行研究,发现OzmC可以将丙二酰辅酶A传递给OzmQ-ACP,但不可以传递甲基丙二酰辅酶A。     

天蓝色链霉菌中长链3-酮脂酰ACP合成酶的功能

【背景】链霉菌属于放线菌科,在土壤环境中广泛分布。链霉菌具有复杂的形态分化和多样性的次生代谢网络,能产生大量具有生物活性的次级代谢产物,被广泛深入研究。【目的】天蓝色链霉菌是链霉菌的模式菌株,其脂肪酸合成代谢与次级代谢联系紧密,但目前脂肪酸合成代谢途径还不清楚,其长链3-酮脂酰ACP合成酶还未见报道。【方法】利用大肠杆菌FabF序列进行同源比对,发现天蓝色链霉菌A3(2)的基因组中,SCO2390(ScoFabF1)、SCO1266(ScoFabF2)、SCO0548(ScoFabF3)和SCO5886 (ScoRedR)具有较高的相似性,并具有保守的Cys-His-His催化活性中心,可能具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性。采用PCR扩增方法分别获得以上基因,连入表达载体pBAD24M后分别互补大肠杆菌fabB(ts)突变株和fabB(ts)fabF双突变株,并检测转化子的生长情况。以上基因与pET-28b连接后,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,并利用Ni-NTA纯化获得蛋白,体外测定其催化活性。将以上基因分别互补大肠杆菌fabF突变株后,GC-MS测定互补株的脂肪酸组成。【结果】4个同源基因中,只有ScofabF1能恢复fabB(ts)fabF双突变株42°C时在添加油酸条件下的生长,其他3个基因均不能恢复生长。而这4个基因都不能恢复fabB(ts)突变株42°C时生长。体外活性测定ScoFabF1具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性,其他3个蛋白都不具有该活性。仅ScofabF1能显著提高大肠杆菌fabF突变株的顺-11-十八碳烯酸(C18:1)比例,其他3个基因都不具有该功能。【结论】天蓝色链霉菌中ScofabF1编码长链3-酮脂酰ACP合成酶II,在脂肪酸利用过程中发挥重要作用。天蓝色链霉菌中没有发现编码长链3-酮脂酰ACP合成酶I的基因,其可能通过其他途径合成少量的不饱和脂肪酸。以上研究结果为进一步研究天蓝色链霉菌中脂肪酸合成机制奠定了基础。     

白念珠菌磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶蛋白Ppt2的制备

目的制备白念珠菌磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶蛋白Ppt2,用于后期荧光偏振法筛选靶点为Ppt2酶的临床药物。方法以白念珠菌BWP17基因组DNA为模板,用PCR法扩增PPT2 DNA序列,与线性化载体pET43.1a(+)通过同源重组连接,成功构建重组表达质粒pET43.1a(+)/PPT2后转化入大肠埃希菌感受态细胞BL21(DE3),通过IPTG诱导重组蛋白表达,利用超声破碎法抽提蛋白Ppt2后离心收集上清和沉淀,通过SDS-PAGE验证蛋白的可溶性。利用镍柱对蛋白进行纯化,对洗脱馏分透析富集目的蛋白。最后通过Bradford方法测得蛋白含量。结果在大肠埃希菌BL21中获得了白念珠菌蛋白Ppt2的高效表达;抽提蛋白后SDS-PAGE电泳结果显示Ppt2同时存在可溶性形式和包涵体形式,放大摇菌量后收集上清可溶性蛋白经镍柱纯化得到目的蛋白,再次透析富集蛋白Ppt2后利用Bradford方法测得蛋白Ppt2浓度为0.4 mg/mL。结论成功制备了白念珠菌的磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶蛋白Ppt2,为后期利用荧光偏振法筛选靶点为Ppt2酶的临床药物提供基础。     

泛酸的功能和生物合成

泛酸是辅酶A(CoA)和酰基载体蛋白(ACP)生物合成的重要前体物质,参与生物体内碳水化合物、脂肪酸、蛋白质和能量代谢.在人体中还参与类固醇,褪黑激素、抗体和亚铁血红素的合成.生物体内的泛酸合成是由酮泛解酸羟甲基转移酶(PanB),酮泛解酸还原酶(PanE),L-天冬氨酸-α-脱羧酶(PanD)和泛酸合成酶(PanC)四种酶协同催化下完成的.由于泛酸合成途径只存在于植物和低等生物中,选择该生物合成途径酶作为药物靶点将会有高度的选择性.本文综述了泛酸的功能和已经研究清楚大肠杆菌和分支结核杆菌中的泛酸生物合成途径所涉及的酶的结构和特性.     

Ⅱ型硫脂酶与次生代谢产物合成北大核心CSCD

Ⅱ型硫脂酶(type Ⅱ thioesterases,TEⅡ)属于α/β水解酶,含有保守的催化三元件(Ser-His-Asp),广泛存在于非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetases,NRPS)和聚酮合成酶(polyketide synthases,PKS)系中。与Ⅰ型硫脂酶(type Ⅰ thioesterases,TEⅠ)不同,TEⅡ作为一个独立的蛋白质行使硫脂键水解功能。以往的数据研究发现,合成途径中TEⅡ基因缺失导致聚酮(polyketides,PK)或非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP)的产量显著降低。本文通过对硫酯酶(thioesterases,TE)的聚类分析,显示序列同源性方面TE聚类成两个不同的进化枝,一个含有所有TEⅠ,第二个包含所有TEⅡ。对TEⅡ的多序列比对及结构分析,结果显示TEⅡ序列中的标记序列"GHSMG"为保守序列,结构的差异性导致TEⅡ功能的差异性,综合前期相关数据研究,对TEⅡ在生物合成中的功能途径进行了概括性论述,并对其今后在次生代谢物合成研究中的应用进行了展望,以期加深对TEⅡ的认识和理解。     

Ⅱ型硫脂酶与次生代谢产物合成

Ⅱ型硫脂酶(type Ⅱ thioesterases,TEⅡ)属于α/β水解酶,含有保守的催化三元件(Ser-His-Asp),广泛存在于非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetases,NRPS)和聚酮合成酶(polyketide synthases,PKS)系中。与Ⅰ型硫脂酶(type Ⅰ thioesterases,TEⅠ)不同,TEⅡ作为一个独立的蛋白质行使硫脂键水解功能。以往的数据研究发现,合成途径中TEⅡ基因缺失导致聚酮(polyketides,PK)或非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP)的产量显著降低。本文通过对硫酯酶(thioesterases,TE)的聚类分析,显示序列同源性方面TE聚类成两个不同的进化枝,一个含有所有TEⅠ,第二个包含所有TEⅡ。对TEⅡ的多序列比对及结构分析,结果显示TEⅡ序列中的标记序列"GHSMG"为保守序列,结构的差异性导致TEⅡ功能的差异性,综合前期相关数据研究,对TEⅡ在生物合成中的功能途径进行了概括性论述,并对其今后在次生代谢物合成研究中的应用进行了展望,以期加深对TEⅡ的认识和理解。     

苜蓿中华根瘤菌fabA和fabB基因功能的鉴定

在大肠杆菌(Escherichia coli)脂肪酸合成酶体系中,fabA基因编码有双功能的3-羟基脂酰ACP脱水异构酶,其异构产物能被fabB基因编码的3-酮基脂酰ACP合成酶Ⅰ延伸,合成不饱和脂肪酸,该FabA-FabB途径被认为是缺氧条件下不饱和脂肪酸合成的经典途径．生物信息学分析发现,苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)的SmFabA与EcFabA相似性达到60.6%,具有相同的保守活性位点和两个保守的α螺旋结构;SmFabB与EcFabB相似性达到61.1%,具有相同的Cys-His-His活性中心．用携带SmfabA和SmfabB的质粒载体遗传互补大肠杆菌温度敏感突变株CY57和CY242,在添加三氯森(TCL)抑制烯脂酰ACP还原酶活性的条件下,转化子能在42℃恢复生长,且放射性薄层层析能检测到转化子中不饱和脂肪酸棕榈油酸(Δ9C16:1)和十八碳烯酸(Δ11C18:1)的合成．体外重建脂肪酸合成反应表明,SmFabA能催化羟脂酰ACP的脱水反应且能够使反-2-癸烯酰ACP异构化,SmFabB能催化不同链长的脂酰ACP和丙二酸单酰ACP的聚合反应．另外,未得到SmFabA和SmFabB的突变株,表明SmFabA和SmFabB可能是苜蓿中华根瘤菌脂肪酸合成酶系中必不可少的关键蛋白．上述结果证实了苜蓿中华根瘤菌fabA和fabB两个基因在不饱和脂肪酸合成中的功能．     

二酮哌嗪类化合物生物合成研究进展

二酮哌嗪类化合物(Diketopiperazines,DKPs)的特征结构是由两个氨基酸通过肽键缩合而成的环二肽(Cyclic dipeptides),稳定的六元环骨架结构使DKPs在药物化学中成为一个重要的药效团,表现出多种生物活性与药理活性,日益引起人们的极大关注。随着现代生物技术和高通量测序技术的飞速发展,人们对DKPs生物合成的分子机制与酶学机理的认识不断深入,DKPs中氨基酸缩合的分子机制主要有两种:非核糖体肽合成酶(Non-ribosomal peptide synthases,NRPSs)途径和环二肽合成酶(Cycliodipeptide synthases,CDPSs)途径。本文就近年来DKPs的生物合成相关研究进展进行了综述。     

泛肽、核糖体蛋白及泛肽-核糖体蛋白S27a与肿瘤的关系

泛肽-核糖体蛋白S27a(Ubiquitin-ribosomal protein S27a,UBRS27a)是泛肽和核糖体蛋白的融合蛋白,N端为泛肽,C端由含C2-C2型锌指结构域的高度保守核糖体蛋白S27a构成。在真核细胞中表达时,被酶解成泛肽和核糖体蛋白。该多功能核糖体蛋白在各种活性增殖细胞和瘤组织中高度表达,在多种类型的肿瘤细胞中,该基因的过量表达是一个典型特征。本实验室对该蛋白在家蚕中的作了初步研究,也发现RPS27a在活性增殖细胞中表达量很高。大多数核糖体蛋白的功能还没有完全探明,它们不仅仅在组装成核糖体时起作用,往往还有核糖体外的功能。回顾了最近几年有关该融合蛋白以及与它相关的泛肽途径、核糖体蛋白与肿瘤之间的关系。通过对它们的研究,有可能预示肿瘤的发生和发展,并为肿瘤临床诊断提供依据,为恶性肿瘤的治疗提供靶点。     

乳酸乳球菌fabZ1和fabZ2基因功能的鉴定

大肠杆菌(Escherichia coli)是Ⅱ型脂肪酸合成系统的模式生物,3-羟基脂酰ACP脱水异构酶(FabA)是不饱和脂肪酸合成中的关键酶.生物信息学分析表明,乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)的基因组中没有标注为3-羟基脂酰ACP脱水异构酶的基因,但有两个标注为3-羟基脂酰ACP脱水酶基因LlfabZ1和LlfabZ2,其编码的蛋白质与EcFabZ的相似性分别为41%和45.1%,且都具有3-羟基脂酰ACP脱水酶两个保守的α螺旋结构.用携带LlfabZ1和LlfabZ2的质粒载体遗传互补大肠杆菌fabA温度敏感突变株CY57,在42℃下不能恢复生长,但无细胞抽提物的结果显示LlFabZ1能够使反-2-癸烯酰ACP异构成顺-3-癸烯酰ACP,而LlFabZ2则不能.互补大肠杆菌fabZ突变株HW7显示,在诱导的条件下,含有LlfabZ2的转化子能够恢复生长,而LlfabZ1则不能.体外重建脂肪酸合成反应及蛋白质活性测定表明,LlFabZ1具有3-羟基脂酰ACP脱水异构酶功能,而LlFabZ2只具有3-羟基脂酰ACP脱水酶功能.另外,未得到LlfabZ1和LlfabZ2的突变株,表明LlFabZ1和LlFabZ2可能是乳酸乳球菌脂肪酸合成酶系中的必不可少的关键蛋白.上述结果证实了乳酸乳球菌fabZ1和fabZ2两个基因在脂肪酸合成中的功能.     

决明丙二酰CoA:ACP转酰基酶基因的克隆及序列分析

[目的]克隆决明丙二酰Co A:ACP转酰基酶(MCAT)基因并做序列分析。[方法]采用RACE法从c DNA中扩增出决明丙二酰Co A:ACP转酰基酶(MCAT)的CDS全长序列,推测出MCAT基因编码的氨基酸序列并进行序列分析。[结果]分析结果显示MCAT的CDS全长1 253bp,编码405个氨基酸。通过序列比对分析发现决明MCAT蛋白包含一个酰基转移酶超家族结构域,并且发现了一段高度保守的七肽模序。[结论]获得了决明MCAT的CDS全长,其编码的蛋白可能催化丙二酰Co A的转酰基反应,为决明脂肪酸的合成通路的阐明以及后期的决明脂肪酸的基因工程研究打下了坚实的基础。     

细菌3-酮脂酰ACP还原酶研究进展

3-酮脂酰ACP还原酶(FabG)在细菌中广泛存在并且十分保守,已经发现的所有FabG及其同系物都具有类似的催化活性中心序列,隶属于短链醇脱氢酶/还原酶(SDRs)超家族成员。它是Ⅱ型脂肪酸合成反应中的关键酶,将3-酮脂酰ACP还原为3-羟脂酰ACP多以NADPH作为辅酶。从搜集的文献来看,国内外针对不同细菌中3-酮脂酰ACP还原酶同系物的研究报道体现了其多样性的特点。但是,近年来,该方面的专题综述十分少见。本文主要对3-酮脂酰ACP还原酶的结构特征、在脂肪酸合成和其他方面的生物学功能,以及以该酶为作用靶点的抑菌剂等方面进行概述,以期为将来3-酮脂酰ACP还原酶的深入研究提供理论参考。     

共价交联捕获聚酮合成中的酮基还原酶和酰基载体蛋白结构域的瞬时复合物

【背景】在模块化聚酮合成酶(polyketidesynthase,PKS)的催化过程中,催化结构域与同源酰基载体蛋白(acyl-carrierprotein,ACP)之间的蛋白质-蛋白质相互作用起重要作用,但这种瞬时可逆的相互作用难以捕捉分析。【目的】获得ACP和酮基还原酶(ketoreductase,KR)相互作用的蛋白复合物。【方法】在KR和ACP之间的Linker上插入烟草蚀纹病毒(tobacco etch virus,TEV)蛋白酶切位点,通过双功能马来酰亚胺试剂BMH将KR和ACP共价交联,随后TEV酶切检测交联结果。调整反应条件,使交联效率最大化。根据KR-ACP交联复合物与体系内其他蛋白标签和分子量的差异,通过亲和层析和凝胶过滤等纯化手段,获得纯度较高的KR-ACP稳定交联复合物。【结果】单独表达的KR和ACP结构域交联不成功,融合表达的KR+ACP双结构域可以有效交联,结合使用亲和层析和凝胶过滤等纯化手段成功获得纯度较高的复合物。该策略可运用于多个KR和ACP的共价交联。【结论】建立了捕获并纯化KR和ACP瞬时相互作用复合物的有效方法,为后期晶体结构的解析、KR与ACP相互作用机理的揭示及参与相互作用关键氨基酸的鉴定提供了实验基础。