我校华西生物国重/感染性疾病中心包锐团队揭示羊毛硫肽锌金属肽酶的催化机制

羊毛硫肽是微生物生产的一类核糖体肽天然产物，具有多种结构和生物学特性，包括抗细菌、抗病毒、抗疼痛、治疗囊性纤维化等，这类化合物作用机制独特且很少产生耐药性，是活性药物研发的重要来源。非成熟的羊毛硫肽(前体肽)由N 端前导肽和C端核心肽组成，前导肽的切除对于羊毛硫肽的成熟和生物活性至关重要。LanPM1则是一类负责切除前导肽的锌离子依赖性金属肽酶，这类酶对于体外生产羊毛硫肽化合物具有很好的潜力。然而，这类酶的体外催化效率较低，常常导致前导肽切除不完全，化合物的生物活性较低，影响了其应用价值。因此，解析LanPM1的催化机制及提高它的催化效率，对羊毛硫肽的异源生产和生物工程改造具有重要意义。

5月5日，四川大学华西医院生物治疗国重/华西医院感染性疾病中心包锐教授研究团队联合南京大学王欢教授团队及梁勇教授团队在Nature Chemical Biology杂志发表了最新研究论文“Conformational remodeling enhances activity of lanthipeptide zinc-metallopeptidases”。该研究以LanPM1家族成员EryP为出发点，成功解析了羊毛硫肽锌金属肽酶EryP多种不同构象的高分辨率晶体结构，结合分子动力学模拟和体外酶活表征，揭示了LanPM1这类酶独特的催化机理，并基于结构改造显著提高了这类酶的催化效率(图1)。

图1.EryP结构及体外酶活

研究发现，羊毛硫肽锌金属肽酶EryP由四个结构域(Domain)组成，并存在关闭、开放、中间态三种不同的构象， 这种构象动态变化受到Domain-II和Domain-IV两个结构域相互作用的调节。进一步结构分析发现，除了活性中心存在保守的Zn2+催化位点外，在关闭构象中两个结构域之间存在一个Ca2+结合位点，分子动力学模拟和体外酶活测试发现该位点可以稳定EryP的关闭构象并调节酶活性。受到Ca2+调控位点的启发，研究人员对EryP和同家族的锌金属肽酶AplP进行改造，通过引入盐桥相互作用进一步增强Domain-II和Domain-IV的相互作用，晶体结构解析发现改造后的EryP形成更加关闭的构象，并且体外酶活性得到显著提升，极大的改善了羊毛硫肽化合物的体外成熟效率。

综上所述，该工作的科学意义与创新性在于从原子层面上详细阐释了羊毛硫肽锌金属肽酶的催化机制，并通过改造显著提升了这类酶的催化效率，该研究将为羊毛硫肽的体外生产和生物工程改造奠定基础。

我校华西医院生物治疗国重/华西医院感染性疾病中心为该论文的第一作者单位和通讯作者单位，四川大学博士生赵畅、南京大学博士毕业生盛王健为该论文的共同第一作者，南京大学王欢教授、魏婉清博士以及四川大学包锐教授为共同通讯作者。该研究由国家自然基金，江苏省自然科学基金，四川大学华西医院等资助完成。

包锐教授团队长期研究细菌抗逆、致病、代谢重要蛋白的结构与功能，通过合成生物学、结构生物学、生物化学、酶催化动力学、分子动力学模拟等方法，针对细菌关键因子及酶制剂进行筛选、评估、改造与应用开发。在菌毛组装机器、毒力因子合成因子、细菌通道蛋白等方面取得多个成果，相关工作发表在Nature chemical biology、Biosensors & Bioelectronics、Proceedings of the National Academy of Sciences、PLoS Pathogens, mBio 等期刊。

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