鞘糖脂N-去酰基化酶的克隆、性质表征及在鞘糖脂酶法合成中的应用

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鞘糖脂是一类双亲性分子,由神经酰胺与寡糖链以糖苷键连接而成,在细胞信号传导、细胞生长、分化、凋亡等过程均发挥重要的作用;对多种神经退行性疾病(阿兹海默症、帕金森症、亨廷顿舞蹈症)及癌症、中风等均有积极的疗效。鞘糖脂N-去酰基化酶(SCDase)催化鞘糖脂中脂肪酸与鞘氨醇间的酰胺键断裂,产生相应的去酰基化形式,并可催化水解的可逆反应,在鞘糖脂类化合物修饰及体外酶法合成中具有重要应用价值。目前仅有来源于Pseudomonas sp. TK4和Shewanella alga G8两个SCDase已报道,其中后者(SCDase-G8)的全长基因已克隆表达,全长基因产物经C末端切除加工后成为成熟蛋白,然而对于成熟蛋白的异源表达和性质表征还未有详细报道。我们克隆了SCDase-G8全长基因的C末端截短突变体(SCDase-G8del),并成功在大肠杆菌中实现功能表达,纯化获得了纯度在95%以上的SCDase。针对传统放射性同位素标记TLC分析SCDase活性方法的安全性低、耗时长、重复性差、分辨率不高、定量不准确等问题,建立了基于邻苯二甲醛柱前衍生的HPLC酶活性测定方法,该方法安全快捷、灵敏度好、准确性高,并适宜于大规模高通量分析。我们对重组酶进行性质表征发现,其比活力为125.2U/mg;最适作用温度为40℃,最适pH为8.0;5mM Zn2+、Cu2+强烈抑制酶活性,而相同浓度其他二价金属离子表现出不同程度的激活作用,其中Mn2+、Co2+最为强烈,可提高约40%酶活性;Triton X-100可显著增强酶活性,在0.3%Triton X-100存在时,其活性可提升约14倍; DMSO、DME、DMF、THF等有机溶剂在较低浓度时抑制SCDase的活性,但浓度提高时抑制作用减弱,其中DME在20%浓度时可以使酶活性提高约30%。我们首次应用SCDase-G8del合成了神经节苷脂GM1及其前体核心Glc-Cer,并成功地与由来源于Rhodococcus sp. strain M-777的内切糖基神经酰胺酶(EGCII)改造而来的糖苷合成酶(Glycosynthase)连用,建立了针对GM1的一锅酶法合成体系,产物产率为41.5%,获得了结构单一的GM1(d18:1/18:0)。本研究建立了快速、灵敏、准确的SCDase活性分析方法,为SCDase的系统研究提供了有力的工具;克隆表达并系统表征了来源于Shewanella alga G8的SCDase成熟蛋白,初步探索了其在神经节苷脂酶法合成中的应用,为鞘糖脂类化合物的体外酶法合成奠定了基础。
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