二磷酸核脢去氧醣酮基還原酵素之化學機理與結構活性關係的研究與藥物修飾應用

Abstract

醣類在自然界中扮演有結構、能源與分子辨識等的重要功能。許多致病微生物與含醣天然物都 具有結構多樣的特殊醣類，如去氧醣與氨基去氧醣。含醣次級代謝物具有豐富多樣的藥性與生物活 性，如抗生素、抗腫瘤、抗癌、免疫調節與殺蟲活性等。這些特殊醣分子常決定含醣次級代謝物的 重要生物活性與標的專一性。二磷酸核.去氧醣為生物合成這些特殊醣分子的提供者與重要前趨 物，本計畫即研究二磷酸核.去氧醣的生合成成熟步驟的關鍵酵素：四酮基還原酵素。目前科學界 對DnmV 與SnogG 為代表的還原酵素的化學機理及結構活性關係的研究甚少，本研究將針對這兩種還 原酵素，進行活性中心的分子辨識、化學催化與結構活性關係的深入探討，並用以生合成許多二磷 酸核.去氧醣，而應用於修飾含醣次級代謝物的結構。 本研究己具有初步成果，如己證明DnmV 的催化活性、己獲得其初步的蛋白質結晶結構及己發現 其具鬆懈的受質專一性。本研究將進一步進行下列實驗：（一）依DnmV 蛋白質結構與序列關係，選 擇重要活性中心胺基酸進行定點突變，並以酵素動力學分析其特有功能（二）SnogG 的基因選殖、 功能性表現與蛋白質純化，並與DnmV 作動力學比較（三）以生合成與化學合成法，獲得各式二磷酸 核.四酮基醣的類似物，對野生DnmV 與SnogG 進行活性檢視與動力學比較分析，探究受質結構與動 力學關係，並因此生合成這些類似物的還原產物（四）選擇與醣類鍵結有關的DnmV 突變株，進行酮 基醣類似物的活性與抑制動力學研究，並因此擴充酵素的不專一性，而生合成更多的還原產物（五） 以二磷酸胸.及其類似物，進行野生或突變株的酵素抑制動力學，以解析其受質結構與蛋白質功能 的關係（六）以實驗所得之各式還原醣，修飾含醣藥物的醣.，以得其多樣的醣化衍生物，作為生 物活性測試之用。 本研究所探討的兩種還原酵素，催化立體化學專一的還原反應，並具接受多樣受質類似物的能 力，其化學機理與特殊的分子辨識有趣且值得研究，可促進對醣修飾與生合成酵素的結構與活性關 係的認識，以進行蛋白質工程。並可應用此類酵素合成更多樣的醣分子，來修飾具生物活性的含醣 次級代謝物，相信對於促進藥物的結構多樣性與研發有所助益。