江蘇大學崔鳳杰教授課題組在食藥用真菌葡聚糖合成酶結構和功能研究取得新進展

　　近日，Journal of Agricultural and Food Chemistry在線發(fā)表了江蘇大學食品與生物工程學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，是真菌細胞壁的重要結構組分之一，其具有能量存儲、細胞壁結構和信號傳導等功能。β-葡聚糖因其重要的生物學功能而引起了廣泛關注，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-葡聚糖的精細結構、生物學功能和合成途徑已得到了較為詳細的闡述，然而有關其合成相關酶系的催化特性和機制還未得到明確地闡明。

 

　　一般來說，β-葡聚糖的生物合成過程主要涉及前體UDP-葡萄糖的合成、β-葡聚糖鏈的聚合、伸長和分支，其關鍵步驟是由β-1,3-葡聚糖合成酶復合物通過催化亞基 β-1,3-葡聚糖合酶和至少一個調節(jié)亞基 Rho1在質膜（PM）附近發(fā)生的葡聚糖鏈的聚合和伸長。然而，β-1，3-葡聚糖合成酶復雜的空間結構嚴重阻礙了對其催化特性和機理的理解。

 

　　針對以上問題，該研究以蛹蟲草為研究對象，來進一步明確蛹蟲草中β-1,3-葡聚糖合成酶的催化特性和結構基礎。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，得到準確氨基酸序列后對其進行生物信息學分析。其次，采用產物包埋純化法從蛹蟲草發(fā)酵菌絲體中得到了部分純化的CMGLS，并異源表達了葡聚糖合成酶的中心親水結構域CMGLS-CHCD對比分析其催化特性。最后，通過AlphaFold首次預測了β-1,3-葡聚糖合成酶的三維（3D）結構（圖1），并在此基礎上，利用分子對接來闡明其潛在催化機制。結果表明底物UDP-葡萄糖通過氫鍵、π-π堆積、鹽橋和疏水作用力與CMGLS中至少11個氨基酸殘基結合，Arg1436被預測為直接與葡萄糖、磷酸和UDP-葡萄糖上的核糖環(huán)相互作用的關鍵氨基酸（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)將為認識和理解真菌葡聚糖合成酶催化合成葡聚糖的過程和機理提供了一定的研究基礎和技術參考。

 

　　崔鳳杰教授課題組近年來在真菌生物技術、真菌多糖的合成途徑和關鍵酶系的功能解析等領域開展了一系列的研究，研究工作得到了國家自然科學基金項目（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，獲授權專利3件。