Cell | IgG特异性内糖苷酶结构和临床潜力研究

撰文 | 我的闺蜜老红帽

内切-β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（ENGases，简称内糖苷酶） 可以在糖缀合物上水解天冬酰胺，连接聚糖的壳聚糖核心【1】。来自GH18家族的内糖苷酶具有结构变异性，因而产生出不同的催化机制和不同的N -链聚糖特异性【2】。虽然绝大多数内糖苷酶通过聚糖特异性机制识别其糖蛋白底物，但一小部分内糖苷酶可以特异性水解IgG Fc片段之上的Asn-297连接聚糖的前两个N-乙酰氨基葡萄糖残基之间的β-1,4键。这些罕见的酶对IgG糖蛋白的聚糖和蛋白质成分都有特异性，从而可以排除其他潜在的非IgG底物【3】。之前有工作描述了控制N -聚糖特异性的结构决定因素，以及以链球菌酶EndoS和EndoS2为代表的内糖苷酶家族特异性IgG识别的分子机制【4-6】。这些IgG特异性内糖苷酶由多个结构域组成，包括糖苷酶水解酶 （GH18） 结构域、富含亮氨酸重复序列 （LRR） 结构域、杂交结构域和呈现v形结构的三明治型结构域。EndoS （108 kDa） 专门针对复合物型 （CT） N -聚糖，而EndoS2 （92 kDa） 切割可能存在于IgG抗体上的三种类型N -聚糖 （CT，高甘露糖型和杂交型） 。附着在IgG抗体Fc区的Asn-297聚糖是主要的Fcg受体 （FcgR） 结合的分子决定因素，可以触发和调节抗体介导的免疫响应功能。因此，IgG特异性内糖苷酶的活性通过改变Fc与FcgR的结合，从而抑制了几种病理相关的抗体介导免疫响应。致病菌化脓性链球菌分泌EndoS和EndoS2，也就可以作为逃避适应性免疫应答的一种策略，从而提高细菌的存活率和毒力。最近也有多项工作指出，IgG特异性内糖苷酶在各种动物模型中显示出治疗自身免疫性疾病的强大潜力。

棒状杆菌属是自然界中普遍存在的一类革兰氏阳性多形性放线菌。在已描述的约250种棒状杆菌中，16种 （约20%） 与致病性有关。然而，只有6种 （包括白喉棘球蚴、假结核棘球蚴、白棘球蚴、柔棘球蚴、银棘球蚴和白喉棘球蚴） 可以形成白喉杆菌复合枝。据报道，形成白喉杆菌复合枝的C. ulcerans含有来自溶原性杆状噬菌体的白喉毒素基因，这些基因可能产生抑制蛋白质合成并导致细胞死亡的白喉外毒素。假结核杆菌分泌一种40 kDa的蛋白CP40，该蛋白被用作绵羊的疫苗，为绵羊干酪样淋巴结炎 （CLA） 提供高水平的保护。CP40最初被错误地描述为一种丝氨酸蛋白酶，但最近，它被描述为一种能够水解人IgG抗体上N -聚糖的内糖苷酶。然而，目前还没有直接证据表明CP40具有严格的IgG特异性。

近日，来自美国Emory University School of Medicine的Eric J. Sundberg和Diego E. Sastre团队在Cell上发表题为Potent efficacy of an IgG-specific endoglycosidase against IgG-mediated pathologies的文章，发现杆状细菌分泌的内糖苷酶CU43，显示出独特的、高度特异性的影响IgG的分子机制，并且在治疗依赖FcgR介导的疾病方面显示出一定疗效。

为了研究细菌分泌内糖苷酶的结构和功能，作者首先利用序列相似网络分析和蛋白质折叠预测，确定了一个由致病性棒状细菌分泌的内糖苷酶家族，对IgG N -聚糖具有严格的特异性。接下来，作者使用硅分析和完整糖蛋白液相色谱-质谱技术证实了这一点。此外，作者还通过x射线晶体学和表面等离子体共振分析，发现C. ulcerans中最具催化效率的IgG特异性内糖苷酶家族成员CU43，并且确定Cu43可以识别IgG的蛋白质和聚糖成分。与此同时，还解析出CU43的晶体结构，并分析了其蛋白-聚糖和蛋白-蛋白相互作用。

最后，作者合成了CU43的Fc融合蛋白，并且通过体内模型，作者还证明了这种IgG特异性内糖苷酶在减轻依赖于FcgR介导的许多疾病方面的显着功效，包括T和B淋巴细胞耗竭、自身免疫性溶血性贫血和登革热。

综上所述，作者分离并解析出细菌来源的IgG特异性内糖苷酶CU43的晶体结构，并通过多种动物模型揭示了其治疗或预防多种IgG介导的疾病的临床潜力。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.038

制版人：十一

参考文献

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2. Trastoy, B., Du, J.J., Garcı ́a-Alija, M., Li, C., Klontz, E.H., Wang, L.X., Sundberg, E.J., and Guerin, M.E. (2022). Sculpting therapeutic mono- clonal antibody N-glycans using endoglycosidases.Curr. Opin. Struct. Biol.72, 248–259. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2021.11.016.

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6. Trastoy, B., Du, J.J., Cifuente, J.O., Rudolph, L., Garcı ́a-Alija, M., Klontz, E.H., Deredge, D., Sultana, N., Huynh, C.G., Flowers, M.W., et al. (2023). Mechanism of antibody-specific deglycosylation and immune evasion by Streptococcal IgG-specific endoglycosidases.Nat. Commun.14, 1705. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37215-3.

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