强心剂（Cardiotonic steroids, CTSs）是治疗心力衰竭的古老而有效的临床药物。CTS的糖基化，尤其是C3位置的糖基化，在当今的药理学应用中具有重要意义。C3位糖基化可以增加CTS的溶解性，降低毒性，并扩大其生物活性。植物甾体3-O-糖基转移酶（S3GT）是实现CTS C3糖基化的实用工具。然而，目前还没有鉴定出一个同时具有底物和糖供体混杂的S3GT，并且S3GT识别底物和催化CTS的机制尚不清楚。有鉴于此，武汉大学龙凤团队从药用植物牛角瓜中挖掘并鉴定了一种植物甾体3-O-糖基转移酶UGT74AN2。UGT74AN2对结构多样的CTS的3-羟基表现出底物区域特异性和中度糖供体混杂性，同时还具有N-/S-糖基化活性。
图片来源：ACS Catal.
为了揭示植物S3GT的催化机制并指导其工程化改造，本文作者解析了一系列UGT74AN2各种活性状态的复杂结构。通过对结构的分析，确定了糖供体识别和偏好的关键残基，发现了一个独特的V形疏水囊，解释了对CTS的识别和区域特异性。
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此外，通过定点突变实验发现，UGT74AN2保守的Gly23残基对酶催化活性至关重要。
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基于以上发现，构建了一个工程化突变体UGT74AN2 I284R/W390H/V391G（UGT74AN2-RHG），该突变体增强了糖基转移酶糖供体的混杂性。以UDP-Glc、UDP-GlcNAc或UDP-Gal为糖供体，与野生型相比，该突变体的催化活性分别增加了约1.8倍、7.6倍和11.4倍。此外，UDP-Rha被接受为补充糖供体，转化率约为55%。
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总的来说，这项研究揭示了CTS 3-O-糖基化的深入分子催化机理，并为药物发现提供了一种能够产生多种CTS 3-O-糖苷的有效生物催化剂。
参考文献：Functional and Structural Dissection of a Plant Steroid 3‑O‑Glycosyltransferase Facilitated the Engineering Enhancement of Sugar Donor Promiscuity
ACS Catal. 2022, 12, 2927−2937
原文作者：Wei Huang, Yue He, Renwang Jiang, Zixin Deng,and Feng Long*
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