尚轶课题组通过优化植物细胞色素P450酶表面氨基酸位点提高酶的活性学术资讯

植物细胞色素P450（以下简称P450）是一类以血红素为辅基的细胞色素超家族蛋白酶，催化生物体内多种复杂化学反应，也是导致植物天然化合物结构多样、功能各异的重要原因。相关研究一直是植物代谢研究领域的重点与难点。

近日，云南师范大学马铃薯科学研究院尚轶团队联合中国农业科学院(深圳)农业基因组研究所科研人员在aBIOTECH上发表了题为“Enhanced chemoselectivity of a plant cytochrome P450 through proteinengineering of surface and catalytic residues”（点击题目查看原文）的研究论文，通过同时优化蛋白表面与活性中心氨基酸位点提高植物P450酶的活性和底物选择特异性。

葫芦素和罗汉果醇同为植物三萜类化合物，具有相同的骨架和类似的化学结构（图1）。罗汉果醇是罗汉果苷的前体，后者是天然的非糖甜味剂，被广泛应用于食品领域。由于两者化学结构十分相似，参与葫芦素C合成的P450酶经过改良有望构建一条新的罗汉果醇合成途径（图1）。

图1 葫芦素C合成途径及利用葫芦素C合成酶拟构建的新的罗汉果醇合成通路

2016年，尚轶课题组开发了一套基于蛋白设计软件Rosetta和氨基酸共进化信息改造植物酶基因功能的研究策略(Ma et al. 2016)。2019年，团队成功应用该策略将参与葫芦素C合成的多功能P450酶CYP87D20改造为单加氧酶，可定向催化葫芦二烯醇生成罗汉果醇前体11-羟基葫芦二烯醇(Li et al. 2019)。为进一步提高CYP87D20突变体蛋白在酵母中的表达活性，本研究选择蛋白表面氨基酸位点进行优化。经过3轮共计17个突变体的迭代测试，发现将蛋白表面优化与活性区域氨基酸位点突变相叠加，创制出目前活性最好的11-羟基葫芦二烯醇合成酶（图2）。