K-252a生合成途徑之N-醣基轉移酵素的功能性表現與鑑定

Abstract

含醣吲哚咔唑類天然物(Indolocarbazole glycosides)是具有結構多樣性之有機分子，其配醣類結構特殊，且經由醣基修飾後，可展現廣泛之生物活性，包含抗腫瘤(Antitumor)、抗細菌(Antibacterial)與治療神經病變(Neuroprotective)等方面的活性。例如本研究中的K-252a，其結構帶有五碳醣，可與ATP競爭蛋白磷酸激酶之鍵結位置，抑制蛋白磷酸激酶之磷酸化作用，有治療疾病的效用。近來研究顯示，於含醣吲哚咔唑生合成途徑中，N-醣基轉移酵素(N-glycosyltransferase)扮演醣基連接之重要關鍵步驟，促使這類天然物具有所知的活性，因此，吾人可藉由N-醣基轉移酵素轉變其醣基結構，進而改變化合物之特性與效力，促使其生物活性或應用更多元化，達到藥物研發的效用。 本研究針對K-252a生合成途徑中的N-醣基轉移酵素進行試管內生化功能之研究，並探討其分子機制作用。本實驗室(Chiu Lab) 先前已於2005年7月前成功完成定序含有K-252a生合成基因群組的Nocardiopsis sp. K-252 (NRRL15532)基因體片段共約45kb，並從中獲得N-醣基轉移酵素基因。本研究以分子選殖技術，成功將此K-252a生合成途徑之N-醣基轉移酵素基因於大腸桿菌中完成異體表達而得到大量的可溶性酵素蛋白，可以大量製備酵素。本實驗使用一些醣基分子與配醣基進行酵素活性測試，並利用層析系統偵測其反應產物，經質譜與核磁共振光譜鑑定，已證實所選殖表現的N-醣基轉移酵素可表現出轉移醣基的活性，並可將非天然受質之六碳醣醣類接於天然配醣基(K-252c)上。 本研究成果是目前已知科學上首次將N-醣基轉移酵素於體外表現及並證實其生化功能與活性，且針對其酵素之生化特性與受質包容性進行探討。至今，科學界對N-醣基轉移酵素其活性功能、催化機制、演化與結構的認知仍有限，本研究有助於解析N-醣基轉移酵素之相關生化特性，可望應用於產生多樣含醣吲哚咔唑類藥物，以為醫療與生物科學研究所用。