Angew. Chem. ：植物三萜糖基转移酶的催化功能改造研究

三萜皂苷广泛存在于自然界中，具有重要的生物活性，如人参皂苷、甘草酸、黄芪甲苷等。在植物体内，糖基转移酶（GT）是三萜皂苷生物合成途径中的关键酶。由于三萜分子明显大于黄酮、酚酸等底物，三萜糖基转移酶的催化机制往往不清楚，其催化功能的改造也具有较大难度。

近日，北京大学药学院叶敏/乔雪团队以药用植物黄芪为研究对象，从中发现一条新颖的环阿屯烷型三萜糖基转移酶AmGT8（UGT73P28），在充分研究其催化功能的基础上，通过同源模建、分子对接等方式，结合半理性设计的策略，以单个氨基酸残基突变的方式成功对其催化功能进行了改造。研究所发现的关键氨基酸残基亦可用于其他GT的功能改造。

首先对AmGT8的催化功能进行深入研究，发现其催化环黄芪醇发生3-O/2'-O-糖基化，主要催化位点为2'-OH。此外AmGT8还具有潜在的6-OH催化功能。随后通过分子模拟，对酶活性口袋中4个区域（共计10个氨基酸）进行了一系列突变，成功获得了分别具有3-O、2'-O、6-O-糖基化等三种不同催化功能的突变体。通过分子动力学模拟（MD）、量子力学计算（QM/MM）、氢氘交换质谱（HDX-MS）分别对突变前后的位点选择性机制进行了阐释。

随后，作者发现决定AmGT8位点选择性的关键氨基酸残基A394在多种植物糖基转移酶的序列及结构中均高度保守。利用该位点的突变，实现了对GuGT10、TcCGT1等其他类型GT的功能改造，表明该残基对植物GT的位点选择性有一定普适作用，为GT功能改造研究提供了新的思路。最后，利用AmGT8及其突变体，实现了黄芪中主要化学成分黄芪甲苷及黄芪皂苷III的催化合成，为三萜皂苷的合成提供了高效的酶催化剂。

论文信息：

Functional Characterization and Protein Engineering of a Triterpene 3-/6-/2'-O-Glycosyltransferase Reveal a Conserved Residue Critical for the Regiospecificity

Meng Zhang, Yang Yi, Bai-Han Gao, Hui-Fei Su, Yang-Oujie Bao, Xiao-Meng Shi, Hai-Dong Wang, Fu-Dong Li, Min Ye*, and Xue Qiao*

文章第一作者为北京大学药学院博士研究生张梦。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202113587