高血脂癥是指血液中膽固醇、甘油三酯等脂類物質異常升高，可直接引起一些嚴重危害人體健康的疾病，通過降膽固醇藥物調節(jié)血脂是目前預防和治療高血脂癥的有效方法。辛伐他?。?/span>Zocor）是一種重要的降膽固醇藥物，其工業(yè)生產包括三個步驟：土曲霉發(fā)酵生產洛伐他汀，堿水解洛伐他汀制備中間體monacolin J，化學或生物方法將monacolin J轉化為辛伐他汀。但傳統(tǒng)堿水解生產monacolin J工序相對復雜、成本昂貴且環(huán)境污染較大。使用特異且高效的洛伐他汀水解酶進行酶促合成是綠色生產monacolin J的可替代方法之一。
青島能源所呂雪峰研究員帶領的微生物代謝工程研究組（http://mme.qibebt.ac.cn/）致力于他汀類降血脂藥物的生物合成研究（Metab Eng. 2017； Biotechnol J. 2018；ACS Synth Biol. 2019）。近期，該研究組進一步揭示了高效特異洛伐他汀水解酶PcEST的催化機制及其結構-功能關系，相關工作發(fā)表在Journal of Biological Chemistry期刊上。
研究人員成功解析了4個高分辨X射線晶體結構，包括PcEST單體蛋白，PcEST-monacolin J復合物、PcEST與底物類似物辛伐他汀的復合物、以及PcEST失活突變體S57A與底物洛伐他汀的復合物。基于結構分析，結合突變、質譜和ITC等多種生化分析方法，研究人員發(fā)現(xiàn)：Ser-57（親核試劑）-Tyr-170（廣義堿）-Lys-60（廣義酸）催化三聯(lián)體、活性位點周圍的氫鍵網(wǎng)絡和特定的底物結合通道共同決定了PcEST高效特異地水解洛伐他汀生成monacolin J，并回答了為什么PcEST能夠高效特異地水解洛伐他汀而不能水解辛伐他汀。在此基礎上，研究人員基于結構分析，進一步對PcEST進行了酶工程改造，成功設計改造獲得了可溶性表達和熱穩(wěn)定性改善的PcEST突變體D106A。這些性質的改良意味著D106A突變體在monacolin J工業(yè)生產中可能具有更廣闊的應用前景。
這是首次描述洛伐他汀水解酶催化機理和結構-功能關系的報道，該研究成果為進一步的洛伐他汀水解酶的篩選、酶工程改造和工業(yè)應用提供了基礎和理論指導。
上述研究工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃（STS計劃）和山東省人才工程的共同資助。（文/圖 梁雅靜）
原文鏈接：https://www.jbc.org/content/295/4/1047.full?sid=ef7355fd-94ac-4e04-9c10-4185b4252f95
洛伐他汀水解酶PcEST高效特異地催化洛伐他汀水解，而不能水解辛伐他汀
活性中心的關鍵殘基用棍棒形式顯示， 氫鍵網(wǎng)絡用黑色虛線標示，參與構成PcEST 特定底物結合通道的區(qū)域用淺粉紅色展示。
