江南大学生物工程学院康振教授团队在Carbohydrate Polymers发表水蛭透明质酸酶结构与切割模式研究成果

近期，江南大学生物工程学院康振教授团队在水蛭透明质酸酶结构与切割模式机制解析方面取得重要进展，研究成果“Structure and cleavage pattern of a hyaluronate 3-glycanohydrolase in the glycoside hydrolase 79 family”正式发表于Carbohydrate Polymers (IF=9.381)(https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118838)。陈坚院士、康振教授和饶义剑教授为论文的共同通讯作者，生物工程学院2017级博士生黄浩为论文第一作者。

作为透明质酸分解代谢的关键参与者，透明质酸酶参与多种生理和病理过程，被广泛应用于医药领域。根据催化机制及水解产物的不同，透明质酸酶主要分为三类，其中分别水解及裂解β-1,4糖苷键的两类透明质酸酶的蛋白结构及催化机制已经被广泛研究，然而对于水解β-1,3糖苷键的第三类透明质酸酶的信息则知之甚少。

针对该问题，该研究首次解析了特异性水解β-1,3糖苷键的水蛭透明质酸酶（LHyal）的晶体结构，LHyal具有糖苷水解酶79家族（GH79）的经典结构特征，由一个(β/α)8-桶状催化结构域和一个β-sandwich结构域组成。通过与其他GH79家族蛋白进行结构比对分析，LHyal在结合裂缝一侧具有一个较长的loop环，而该区域影响糖苷水解酶切割底物的作用模式。使用分子对接并进行定点突变实验，确定了位于活性位点裂缝中的关键氨基酸残基。此外，上述loop环中的两个碱性氨基酸R102和K103通过与带负电的透明质酸发生静电相互作用，对于底物结合至关重要。最后，制备了一系列不同长度的奇数及偶数透明质酸寡糖，并用于探究LHyal的识别和裂解模式。结果表明LHyal的天然最小底物是六糖，且糖链在结合裂缝内占据五个结合亚位点是切割所必需的。该研究为进一步理解透明质酸的降解机制及GH79家族蛋白进化的关系提供了新的思路。

图1 LHyal的晶体结构以及GH79家族蛋白的‘exo-pocket’ loop比较

图1 LHyal的晶体结构以及GH79家族蛋白的‘exo-pocket’ loop比较

项目资助

上述研究得到了国家重研发计划(2021YFC2100800)、江苏省杰出青年科学基金(BK20200025)、国家自然科学基金(32000058)、江苏省科技支撑项目(BE2019630)，轻工技术与工程国家一流学科项目(LITE2018-16)的资助。

通讯作者简介

陈坚 院士

江南大学生物工程学院

陈坚，江南大学生物工程学院教授、博士生导师，发酵与轻工生物技术专家。1984年毕业于清华大学。1990年获无锡轻工业学院博士学位。现任江南大学未来食品科学中心主任，兼任国务院学位委员会轻工技术与工程学科评议组召集人、教育部科技委农林学部副主任、粮食发酵工艺与技术国家工程实验室主任、Food Bioscience主编、国际食品科学院（IAFoST）Fellow、国际生物加工学会（IBA）Fellow。

针对发酵工业中高产量、高转化率、高生产强度三大关键工程技术难题，创新开发出一系列工程技术，应用于典型发酵产品工业生产。主要工作包括：（1）改进发酵微生物筛选技术，发展代谢调控方法，提升发酵工程理论水平；（2）突破重组酶大规模发酵瓶颈，支撑酶技术改造传统行业，实现节能减排；（3）创新酮酸和柠檬酸发酵模式，保障重要有机酸发酵技术的国际领先地位。在权威杂志发表论文146篇，获中国发明专利88件、国际发明专利8件；以第一完成人获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、何梁何利科学与技术创新奖、中国专利金奖；国家“973”项目首席科学家；全国百篇优秀博士学位论文指导教师。

2017年当选中国工程院院士。

康振 教授

江南大学生物工程学院

康振，教授/博士生导师，从事微生物合成生物学与代谢工程、酶工程研究，江苏省杰出青年基金获得者，糖化学与生物技术教育部重点实验室副主任。主要承担合成生物学、微生物学课程的讲授工作。近年在Nature Communications、ACS Catalysis、Green Chemistry、Metabolic Engineering等主流杂志发表研究论文68篇，他引1000多次，出版专著（或教材）3部；授权中国发明专利45件，美国发明专利4件；主持包括国家自然科学基金、国家重点研发课题、江苏省科技支撑等在内的省部级纵向与企业横向项目22项；入选江苏省“六大人才高峰”、济南市“泉城学者”等人才计划，担任江苏省生物技术协会青年专家委员会副主任、中国生化制药协会糖类药物分会第一届专家委员会委员、BMC Biotechnology 副编辑、Enzyme and Microbial Technology、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 、Biotechnology Letters杂志编委，中国微生物学学会会员。相关糖胺聚糖及其寡糖等多项微生物生产技术已经实现产业化，所构建枯草芽孢杆菌的食品级表达系统已经被国际知名的MoBiTec GmbH公司商业化。

饶义剑 教授

江南大学生物工程学院

饶义剑，教授、博士生导师。长期以合成生物学、结构生物化学、合成化学和发酵工程等方法系统开展“复杂天然产物（药物）的生物合成，以及重要生物转化过程与生物催化反应”等方面的研究，近年来在Nature Commun、 PNAS、Chem Eng J、ACS Catalysis、J Hazard Mater、Green Chem等杂志发表高水平研究论文30余篇，主持包括国家重点研发计划（合成生物学专项）、江苏省前沿引领技术基础研究专项、国家级引进人才项目、江苏省特聘教授等在内的科研与人才项目10余项，指导学生获得江苏省优秀毕业论文奖。现为国家级引进人才、江苏省特聘教授、江苏省双创人才和太湖创新领军人才，同时担任《Chinese Journal of Natural Medicine》杂志的青年编委。

编辑/责编：张睿梅

文章及图片来源于江南大学生物工程学院。点击文末阅读原文即可查看英文摘要原文。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2022年5月7-8日在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。