日本九州大學研究生院生物資源環境科學府博士三年級的黃一博同學與農學研究院的竹川薰教授等人組成的研究小組,從以冬蟲夏草而聞名的一種菌菇——蛹蟲草(Cordyceps militaris)中發現了對核心岩藻糖表現出獨特性的新型ENGase(Endo-CoM,内切-β-N-乙酰胺基葡糖苷酶)。同時,東京大學研究生院農學生命科學研究科的關陽香與伏信進矢教授等人組成的研究小組,利用日本高能加速器研究機構物質構造科學研究所的高能同步輻射實驗設施解析了Endo-CoM的X射線晶體結構,明確了其空間結構(下圖)。
左爲Endo-CoM的整體結構,右爲活性中心附近的等比增大圖。本次研究確定了核心岩藻糖(淡藍色)以及N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)與天冬醯胺酸(Asn)殘基(黃色)結合形成的空間結構,同時明確了識別這些物質的Endo-CoM的胺基酸殘基(綠色)及周邊情況。
冬蟲夏草被認爲是爲了侵入昆蟲活體內繁殖程序中獲得了獨特的ENGase。ENGase是一種透過切斷與醣蛋白的Asn殘基結合的N-連接糖鏈根部,使糖鏈從蛋白質中分離(遊離)出來的酶。ENGase不僅能分離糖鏈,還可以透過名爲糖轉移的反應,有效更換糖鏈,因此能產生具有均勻糖鏈的醣蛋白。此外,ENGase還有助於提高作爲醣蛋白的各種抗體(免疫球蛋白G: IgG)的性能,因此有望應用於近年來備受關注的生物藥物。
人類等哺乳動物的N-連接糖鏈中有很多附帶了岩藻糖與N-連接糖鏈根部的GlcNAc進行α1,6-結合的「核心岩藻糖」。在此前的研究中已應答ENGase有三種類型,分別爲①完全無法作用於存在核心岩藻糖的糖鏈的類型;②無論是否存在核心岩藻糖都顯示出相同活性的類型;③僅在存在核心岩藻糖時顯示出高活性的「核心岩藻糖獨特性」類型。不過,此前完全不清楚這些酶的特性差異是基於什麼結構特徵產生的。
此次研究獲得了以前未報告過的核心岩藻糖、GlcNAc及Asn的結合狀態下的空間結構,因此,對於ENGase如何識別核心岩藻糖和蛋白質的附近部分這個長期以來的疑問,得到了明確的答案。這個發現有助於提高生物藥物的性能和實施品質管理的研究開發,比如製作改變核心岩藻糖的識別方式的ENGase等。
相關研究成果已於2019年9月23日發表在《The Journal of Biological Chemistry》上。
論文題目:Structural basis for the specific cleavage of core-fucosylated N-glycans by endo-β-N-acetylglucosaminidase from the fungus Cordyceps militaris ,
發表期刊:《The Journal of Biological Chemistry》
文:JST客觀日本編輯部翻譯整理