上海藥物所肝素合成過程中關鍵酶結構的解析研究獲進展

　　硫酸乙酰肝素是在細胞表面和細胞質基質中廣泛存在的一種多糖，它能與一系列的生長因子、趨化因子和白介素等功能性蛋白質相互作用，進而在胚胎發育、細胞生長、炎癥反應、凝血、腫瘤轉移和病毒侵染等生理過程中發揮作用。葡萄糖醛酸C5異構酶則是硫酸乙酰肝素和肝素合成中的一個關鍵酶，它能將糖鏈中的葡萄糖醛酸異構為艾杜糖醛酸，從而賦予糖鏈結構上的柔性。其由基因組中單一基因編碼，沒有亞型，基因于1997年首次克隆，近年來發現其在腫瘤和神經系統中發揮重要作用，是相關疾病治療新的潛在靶分子，但是蛋白結構和酶活催化機制卻仍然遲遲未得到解析。

　　為了更充分了解葡萄糖醛酸C5異構酶在硫酸乙酰肝素和肝素合成過程中的作用，中國科學院上海藥物研究所糖生物學及糖化學實驗室丁侃課題組聯合受體結構與功能重點實驗室徐華強課題組，對葡萄糖醛酸C5異構酶的蛋白結構和功能進行了細致研究，成功解析了斑馬魚葡萄糖醛酸C5異構酶的蛋白結構以及其與肝素六糖的復合物結構，并從結構角度闡釋了葡萄糖醛酸C5異構酶的產物抑制作用。

　　葡萄糖醛酸C5異構酶以穩定的二聚體形式存在，每個葡萄糖醛酸C5異構酶單體可以分為N端β-發夾結構域、β桶型結構域和C端α-螺旋結構域。其α-螺旋結構域中的帶正電結合口袋能與一個帶負電的肝素六糖通過大量的電荷相互作用和氫鍵相結合。根據結構分析和突變研究，研究人員確定了葡萄糖醛酸C5異構酶的α-螺旋結構域中的酶活催化位點，Y468，Y528和Y546這3個酪氨酸在催化過程中起關鍵作用。在體內糖鏈合成過程中，葡萄糖醛酸C5異構酶催化的異構化修飾下游有多種O-硫酸化修飾。而且他們發現葡萄糖醛酸C5異構酶能與2種O-硫酸基轉移酶相互作用，復合物晶體結構中糖鏈上的O-硫酸化修飾導致催化位點的糖環C5碳原子遠離催化氨基酸，形成一種非活性狀態。此外，酶活性實驗也揭示了肝素糖鏈上2位和6位O-硫酸化對葡萄糖醛酸C5異構酶的產物抑制作用。因此，糖鏈合成過程中與異構化偶聯的下游O-硫酸化導致了葡萄糖醛酸C5異構酶的催化過程在體內是不可逆。該研究有助于肝素類藥物的人工化學酶法合成研究以及葡萄糖醛酸C5異構酶抑制劑的發現。

　　該研究工作主要由丁侃課題組博士研究生秦毅完成，并得到國家自然科學基金和國家杰出青年基金的資助。相關研究成果于1月7日在線發表于The Journal of Biological Chemistry 雜志（doi: 10.1074/jbc.M114.602201）。