天津大學張雁團隊發(fā)現(xiàn)腸道菌氨基酸初級代謝新酶

　　本站訊（藥學院供稿）2021年04月23日，天津大學藥學院張雁教授研究團隊聯(lián)合尉遲之光副教授和美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）Huimin Zhao教授及其領導的新加坡科學與工程研究所（A*STAR）研究團隊在美國化學會期刊《ACS Catalysis》上發(fā)表題為“The glycyl radical enzyme arylacetate decarboxylase fromOlsenella scatoligenes”的科技論文（DOI:10.1021/acscatal.1c01253）。此項研究也是張雁教授課題組繼2018年發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸脫羧酶（NatureCommunicationsDOI: 10.1038/s41467-018-06627-x）及2019年發(fā)現(xiàn)羥乙磺酸裂解酶（NatureCommunicationsDOI：10.1038/s41467-019-09618-8）以來，在甘氨酸自由基酶參與氨基酸初級代謝領域研究的又一突破性進展。

 

　　高度惡臭的揮發(fā)性化合物對甲酚和糞臭素是厭氧細菌發(fā)酵酪氨酸和色氨酸的最終代謝產(chǎn)物，其產(chǎn)生依賴對氧氣敏感的甘氨酸自由基酶（GRE）家族成員對羥基苯乙酸脫羧酶（HPAD）和吲哚乙酸脫羧酶（IAD）。張雁團隊發(fā)現(xiàn)，從豬糞中分離出的厭氧性糞臭桿菌Olsenella scatoligenes除包含HPAD和IAD外，還存在第三種GRE脫羧酶，研究組原以為該酶是苯乙酸脫羧酶（PhdB），參與另一芳香族氨基酸苯丙氨酸的無氧代謝。出乎研究團隊意料的實驗結(jié)果顯示其不能催化苯乙酸脫羧，因此該酶不是PhdB；該酶卻能催化對羥基苯乙酸和對氨基苯乙酸兩種不同底物的脫羧反應，而已知的HPAD不能使對氨基苯乙酸脫羧。

 

　　研究團隊進而解析了該酶與底物復合物的晶體結(jié)構(gòu)（PDB: 7E7L），結(jié)構(gòu)顯示該酶活性中心完全不同于HPAD，而且該酶不具備HPAD含鐵硫簇的小亞基。由于該酶的底物范圍和結(jié)構(gòu)均與HPAD明顯不同，論文作者認為該酶不是第二個HPAD而是除HPAD、IAD、PhdB之外的第四個芳基乙酸脫羧酶，并命名其為AAD。HPAD發(fā)現(xiàn)至今已有二十年，歐美多個科研團隊根據(jù)實驗和計算證實了其依賴甘氨酸自由基、保守的半胱氨酸以及兩個谷氨酸殘基，經(jīng)由質(zhì)子偶聯(lián)電子傳遞（PCET）的催化機制完成對底物的轉(zhuǎn)化。針對AAD缺失對應HPAD活性位點的兩個谷氨酸，而且能被甘氨酸自由基氧化形成硫自由基的半胱氨酸C447與底物較遠的晶體結(jié)構(gòu)，張雁團隊提出了AAD的催化機制假說：其依賴保守的C447和組氨酸H658殘基，通過電子傳遞（ET）形成底物自由基，進而經(jīng)由H658進行氫接力轉(zhuǎn)移（HAT）實現(xiàn)催化。盡管這一機制并沒有先例，需要進一步的實驗證明，AAD無疑是一個全新的芳基乙酸脫羧酶。Olsenella scatoligenes是重要的腸道菌，體外培養(yǎng)顯示在培養(yǎng)液中加入對羥基苯乙酸，AAD得到幾百倍的誘導表達，并且在細胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)對甲酚的產(chǎn)生。有研究表明，對甲酚在人體中的含量與自閉癥和癌癥密切相關(guān)，因此這項研究成果與人類健康密切相關(guān)。

 

　　天津大學藥學院碩士生路強為論文的第一作者，新加坡科學與工程研究所博士Yifeng Wei為該文共同第一作者。天津大學為本項研究成果的第一完成單位。