史海粟,陳海琴,顧震南,張灝,陳永泉,陳衛(wèi)
(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)
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高山被孢霉中Δ6脫飽和酶關(guān)鍵位點及其對活性的影響
史海粟,陳海琴*,顧震南,張灝,陳永泉,陳衛(wèi)
(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)
高山被孢霉中Δ6脫飽和酶(MaFADS6)是決定ω3/ω6多不飽和脂肪酸代謝流的關(guān)鍵酶。利用定點突變技術(shù)研究MaFADS6-Ι一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,為高山被孢霉多不飽和脂肪酸的合成提供了理論依據(jù)。利用非鏈取代式質(zhì)粒擴增技術(shù)對已構(gòu)建質(zhì)粒pYES2/NT C-MaFADS6-Ι內(nèi)的表達單元(即MaFADS6-Ι)中細胞色素b5區(qū)(HPGG)下游的位點進行定點突變,將所有突變體分別轉(zhuǎn)化釀酒酵母進行誘導(dǎo)表達,進一步通過在培養(yǎng)基中添加Δ6脫飽和酶的底物來考察重組菌對各底物的催化作用。實驗結(jié)果表明,所有突變體催化α-亞麻酸(ALA)的活性沒有改變;K61和D68兩個位點對催化亞油酸(LA)起關(guān)鍵作用,其對應(yīng)的4個突變體對LA的轉(zhuǎn)化率分別為(6.2±0.5)% (K61T)、(0.3±0.0)% (K61F)、(8.2±0.7)% (D68N)和(6.6±0.8)% (D68L),相比原始轉(zhuǎn)化率各降低50%以上;G63和T69兩個位點對LA的催化無直接影響,但G63T突變體由于突變位點極性改變,其對LA的轉(zhuǎn)化率為(8.5±0.9)%,比原始轉(zhuǎn)化率降低了49.9%;而V66位點的突變體對LA的轉(zhuǎn)化率分別為(22.3±2.6)% (V66T)和(20.7±2.5)% (V66A),比原始轉(zhuǎn)化率分別降低了36.1%和37.8%。確定了MaFADS6-Ι氨基酸序列中K61和D68兩個關(guān)鍵氨基酸位點經(jīng)突變后均會使其酶活明顯降低,這為研究MaFADS6-Ι一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系提供了理論依據(jù)。
Δ6脫飽和酶;高山被孢霉;定點突變
多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)對人體有重要的生理功能,對人類膳食和健康具有重要意義[1]。目前PUFAs的動植物來源有限,而利用產(chǎn)脂微生物合成PUFAs成為當今研究熱點。高山被孢霉(Mortierellaalpina)是目前工業(yè)化生產(chǎn)花生四烯酸(arachidonic acid, 20:4Δ5,8,11,14, AA)的主要菌株,也是少量合成二十碳五烯酸(eicosapntemacnioc acid, 20:5Δ5,8,11,14,17, EPA)的具有正式安全性評估的菌種,同時也是脂質(zhì)生物化學基礎(chǔ)研究的重要模式菌[2-7]。
在高山被孢霉合成PUFAs途徑中(圖1),Δ6脫飽和酶是調(diào)控ω3/ω6脂肪酸代謝流的“分子開關(guān)”,它可以將α-亞麻酸(α-linolenic acid, 18:3Δ9,12,15, ALA)轉(zhuǎn)化為十八碳四烯酸(stearidonic acid, 18:4Δ6,9,12,15, SDA)或?qū)営退?linoleic acid, 18:2Δ9,12, LA)轉(zhuǎn)化為γ-亞麻酸(γ-linolenic acid, 18:3Δ6,9,12, GLA)[8-9]。高山被孢霉中Δ6脫飽和酶(MaFADS6)對這兩種底物的選擇性決定了ω3/ω6的比例,因此研究Δ6脫飽和酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系具有重要意義,但該酶是一個膜結(jié)合脫飽和酶,其分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究一直沒有取得重要進展?,F(xiàn)階段主要利用蛋白質(zhì)功能區(qū)域交換或定點突變的技術(shù)進行研究。本實驗室已對高山被孢霉ATCC 32222的Δ6I-脫飽和酶進行了催化特性的研究,確定了其底物偏好相關(guān)的關(guān)鍵位點[10],但對其細胞色素b5區(qū)域和His I區(qū)之間的氨基酸片段還沒進行詳細研究,本文將依托氨基酸多序列比對,對Δ6脫飽和酶的氨基酸序列進行比較,確定了細胞色素b5的特征結(jié)合區(qū)域-HPGG(His-Pro-Gly-Gly)下游的位點進行定點突變,旨在獲得影響高山被孢霉來源MaFADS6-Ι催化特性的關(guān)鍵位點,為研究產(chǎn)脂微生物M.alpina中ω3/ω6脂肪酸流向調(diào)控提供理論基礎(chǔ)。
圖1 高山被孢霉中多不飽和脂肪酸合成途徑PUFAs biosynthetic pathways of M.alpina
1.1菌株和質(zhì)粒、培養(yǎng)基
大腸桿菌(Escherichiacoli) TOP 10為實驗室菌種庫提供;高山被孢霉ATCC 32222購于美國標準生物品收藏中心,由本實驗室菌種庫保藏,并已對其完成基因組測序;釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)營養(yǎng)缺陷型INVSc1及表達載體質(zhì)粒pYES2/NT C購自INVITROGEN公司,由本實驗室保藏。YPD培養(yǎng)基:1%酵母提取物,2%蛋白胨,2%葡萄糖。LB培養(yǎng)基:胰蛋白胨10 g/L,酵母提取物5 g/L,NaCl 10 g/L。SC-U及誘導(dǎo)培養(yǎng)基見pYES2/NT C操作手冊。胰蛋白胨和酵母提取物均購自O(shè)xoid公司。
1.2工具酶和試劑
游離脂肪酸LA和ALA及脂肪酸標品購于NU-CHEK,PREP公司。DNA marker DL10000購自TAKARA公司; HYQspinTMPlasmid DNA Kit柱式法質(zhì)粒小提試劑盒(HG101-01)購自HYQBio公司;DNA序列測試也由生工生物工程(上海)股份有限公司完成;快速定點突變試劑盒購于TIANGEN公司;一抗(6×His標簽鼠抗,Mouse THETM His Tag Antibody)和二抗(辣根過氧化物酶標記的羊抗鼠IgG,HRP-conjugated Goat Anti Mouse IgG)購于Genscript公司;引物由上海桑尼有限公司合成。其他常規(guī)試劑均為進口分裝或國產(chǎn)分析純。
1.3實驗方法
1.3.1同源序列比對及拓撲模型預(yù)測
將MaFADS6-Ι與其他10個物種的Δ6脫飽和酶的氨基酸序列在DNAMAN軟件中進行比對,并在TMHMM上完成對MaFADS6-Ι拓撲模型的預(yù)測。
1.3.2MaFADS6-Ι定點突變及測序鑒定
MaFADS6-Ι基因定點突變方法采用非鏈取代式質(zhì)粒擴增技術(shù),根據(jù)部分重疊的引物設(shè)計原則,利用primer5.0引物設(shè)計軟件,設(shè)計K61T、K61F、G63A、G63T、V66T、V66A、D68N、D68L、T69V、T69S十對含預(yù)定突變位點的互補的寡核苷酸引物,送上海桑尼有限公司合成,如表1所示。以實驗室前期構(gòu)建的pYES2-MaFADS6-Ι質(zhì)粒為模板,按TIANGEN公司快速定點突變試劑盒的操作說明進行定點突變的載體構(gòu)建實驗(圖2)。
表1 本文所用的引物
注:a下劃線代表突變的堿基位點。
圖2 表達載體pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)的構(gòu)建圖示Fig.2 Schematic map of the recombinant plasmid pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)
對長出的突變克隆子進行PCR鑒定后,送交生工生物工程(上海)股份有限公司測序。得到的相應(yīng)序列與MaFADS6-Ι基因原始序列使用Clustal X 2.1軟件進行分析比較。將突變正確的轉(zhuǎn)化子于-80 ℃冰箱在甘油管里保存。
1.3.3重組質(zhì)粒pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)的轉(zhuǎn)化
接種釀酒酵母菌株INVSc1的單菌落于YPD液體培養(yǎng)基,28 ℃恒溫搖床過夜培養(yǎng),接種適量的過夜培養(yǎng)液至YPAD液體培養(yǎng)基,28 ℃搖床過夜培養(yǎng)后離心收集菌體。細胞用無菌水和鋰鹽溶液[10×TE緩沖液∶10×LiAcV(貯液)∶V(無菌水)=1∶1∶8]各重懸1次,1 mL/份分裝,于-80 ℃保存。
取200 μg載體DNA(鮭魚精DNA)和≤5 μg重組表達載體一起加入2 mL EP管,混勻,加入鋰鹽溶液重懸,再加入1mL新鮮PEG溶液(50% PEG溶液∶10×TE緩沖液∶10×LiAc貯液=8∶1∶1),30 ℃搖蕩溫育30 min后于42 ℃熱休克15 min,取200 μL 1×TE緩沖液重懸,最后取其中少量涂布于SC-U平板,28 ℃培養(yǎng)36~48 h。轉(zhuǎn)化子經(jīng)PCR驗證后,于-80 ℃甘油管保存。具體方法詳見精編分子生物學實驗指南[11]。
1.3.4重組質(zhì)粒pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)的表達及產(chǎn)物的Western blot分析
挑取酵母轉(zhuǎn)化子單菌落至SC-U液體培養(yǎng)基,28 ℃搖床培養(yǎng)48 h,測定OD600值,取適量菌液接入含15 mL SC-U液體培養(yǎng)基的三角瓶,28 ℃搖床培養(yǎng)48 h,收集菌體,ddH2O重懸3次,SC-U誘導(dǎo)培養(yǎng)基重懸1次,離心去上清,加入15 mL SC-U誘導(dǎo)培養(yǎng)基,28 ℃搖床誘導(dǎo)12 h后收菌。
取2 mL誘導(dǎo)后的培養(yǎng)液,離心去上清,加入160 μL酵母破壁緩沖液和等體積的玻璃珠,使用FastPrep快速細胞破碎儀破壁后,加入40 μL 5×Loading Buffer,沸水浴5~10 min,取10 μL上樣。樣品經(jīng)SDS-PAGE分離后,電轉(zhuǎn)移至PVDF膜,TBST溶液漂洗3次,5 min/次,以含5%脫脂奶粉的TBST溶液于4 ℃緩慢振搖45 min,TBST溶液漂洗3次,5 min/次, 按1∶5 000加入6× His標簽的鼠抗,孵育1 h,回收一抗,TBST溶液漂洗3次,5 min/次,按1∶2 000 加入HRP標記的羊抗兔IgG,緩慢搖蕩45 min,TBST溶液漂洗3次,5 min/次。取等體積A、B液(A液:0.01 mol/L魯米諾溶液;B液:0.1 mol/L雙氧水溶液)混合,將PVDF膜反貼于A、B混合液于FluorChem FC3成像儀觀察。
1.3.5重組Δ6脫飽和酶的活性測定
在上述誘導(dǎo)后的培養(yǎng)基中加入0.25 mmol/L cis-LA和0.25 mmol/L cis-ALA,28 ℃搖床繼續(xù)培養(yǎng)12 h后收菌。菌體水洗3次,凍干。取100 mg凍干菌體,加2 mL 6mol/L的HCl,80 ℃水浴3 h,恢復(fù)至室溫,加1 mL甲醇,振蕩,加2 mL三氯甲烷,振蕩1 min,收集氯仿層,氮氣吹干;加入2 mL 10%的鹽酸甲醇,60 ℃水浴3 h,加入1 mL飽和氯化鈉和2 mL正己烷混勻,取上層于GC瓶。通過氣相色譜儀對脂肪酸甲酯進行定性及定量分析,具體方法參照文獻[12]。
1.3.6三維結(jié)構(gòu)模擬
Δ6脫飽和酶各突變位點及突變體的三維結(jié)構(gòu)通過SWISS-MODEL軟件完成模擬,通過在線數(shù)據(jù)庫自動搜索匹配的模板進行比對,生成三維結(jié)構(gòu)。
2.1同源序列比對及突變位點確定
利用DNAMAN軟件對不同來源的Δ6脫飽和酶的氨基酸序列進行比對,如圖3所示,發(fā)現(xiàn)MaFADS6-Ι與其他Δ6脫飽和酶一樣,含有細胞色素b5區(qū)HPGG及3個組氨酸保守區(qū)即Ⅰ區(qū)HX3H、Ⅱ區(qū)HX2HH、Ⅲ區(qū)QX2HHLFP。細胞色素b5區(qū)域是作為Δ6脫飽和酶催化時的電子供體,該結(jié)構(gòu)域中的HPGG是一個非常保守的亞鐵血紅素結(jié)合基序,是前端脫飽和酶的顯著特征,對脂肪酸的脫飽和起著關(guān)鍵作用[13-14]。因此,我們從該區(qū)域?qū)ふ铱赡芘cΔ6脫飽和酶催化特性相關(guān)的位點,并在細胞色素b5區(qū)下游發(fā)現(xiàn)有一段比較保守的區(qū)域,其中有5個氨基酸位點存在差異,這可能與不同來源的Δ6脫飽和酶的催化特性相關(guān)。
MaFADS6-Ι:高山被孢霉ATCC 32222;OmFADS6:大麻哈魚;CoFADS6:耳霉;TpFADS6:海鏈藻;GcFADS6:球狀金藻;PtFADS6:三角褐指藻;PiFADS6:缺刻緣綠藻;CpFADS6:角齒蘚;PyiFADS6:畸雌腐霉;MfFADS6:高山被孢霉1S-4;MWFADS6:高山被孢霉W15細胞色素b5(HPGG)區(qū)域用下劃線表示,星號表示相同的氨基酸殘基,箭頭指示的氨基酸殘基表示定點突變的位點。圖3 基于Clustal X軟件的FADS6序列比對Fig.3 Multiple Sequence alignment of FADS6 by Clustal X
通過脂肪酸脫飽和酶拓撲學模型分析顯示,3個組氨酸保守區(qū)全部位于Δ6脫飽和酶的親水區(qū)域。用TMHMM軟件對Δ6 脫飽和酶的氨基酸序列的二級結(jié)構(gòu)進行疏水性分析,拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示,該基因具有Δ6脫飽和酶基因的典型結(jié)構(gòu)特征,兩個長的跨膜疏水區(qū),3個組氨酸保守區(qū)全部位于親水區(qū)一側(cè),2個疏水的跨膜區(qū)穿過膜4次,與3個組氨酸保守區(qū)組成Δ6脫飽和酶的催化中心,5個待突變的氨基酸位點位于胞漿內(nèi)。
圖4 Δ6脫飽和酶的拓撲模型結(jié)構(gòu)Fig.4 The predicted topology model of FADS6
2.2突變體構(gòu)建及其驗證
以氨基酸的親水性和疏水性為原則,將5個位點的氨基酸殘基分別突變成親水性氨基酸和疏水性氨基酸。以提取的重組質(zhì)粒pYES2-MaFADS6為模板,由表1的突變引物進行非鏈取代式質(zhì)粒PCR擴增,經(jīng)DpnI消化后轉(zhuǎn)化至FDM感受態(tài)細胞中(定點突變試劑盒提供),待長出單菌落后進行PCR驗證,結(jié)果如圖5所示,擴增出的Δ6脫飽和酶突變基因大小在1 500 bp左右,與理論值大小一致。將鑒定正確的質(zhì)粒送生工生物工程(上海)股份有限公司測序,確證定點突變成功。
M-Marker; 1,2-pYES2-K61T; 3,4-pYES2-G63A; 5,6-pYES2-V66T; 7,8-pYES2-D68N; 9,10-pYES2-T69V; 11,12-pYES2-K61F; 13,14-pYES2-G63T; 15,16-pYES2-V66A; 17,18-pYES2-D68L; 19,20-pYES2-T69S; 21-pYES2-FADS6圖5 Δ6脫飽和酶突變基因重組載體pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)的PCR驗證Fig.5 Identification of recombinant vectors for mutant genes by PCR
2.3MaFADS6-Ι突變基因在釀酒酵母中的表達
重組載體pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutantsites)轉(zhuǎn)化釀酒酵母并誘導(dǎo)后,經(jīng)SDS-PAGE分析和Western blot分析顯示,重組MaFADS6-Ι在相對分子質(zhì)量約54 kDa處可見特異的蛋白條帶,與理論分子量一致,且各轉(zhuǎn)化子的蛋白表達量在同一水平(圖6)。
MW-Marker;1-pYES2/NT C;2-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-K61T;3-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-K61F;4-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-G63A;5-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-G63T;6-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-V66T;7-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-V66A;8-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-D68N;9-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-D68L;10-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-T69V;11-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-T69S;12-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι圖6 各突變基因表達產(chǎn)物的SDS-PAGE和Western bolt分析Fig.6 Analysis of expressing products by SDS-PAGE and Western bolt
2.4重組MaFADS6-Ι的催化特性分析
為驗證重組MaFADS6-Ι的催化特性,選取已誘導(dǎo)的酵母轉(zhuǎn)化子,以原始MaFADS6-Ι為對照,加入LA和ALA底物,28 ℃搖床培養(yǎng)12 h后通過氣相色譜確定樣品中LA、GLA、ALA和SDA的百分含量,以計算其對不同底物的轉(zhuǎn)化率。結(jié)果如圖7和圖8所示,原始MaFADS6-Ι對LA和ALA的活性分別為56.2%和2.9%,所有重組MaFADS6-Ι對ALA的催化活性無影響。在對LA催化活性的影響上,K61T和K61F突變體對LA的轉(zhuǎn)化率相比比原始MaFADS6-Ι有明顯降低,分別降為6.2%和0.3%,這說明K61位點在MaFADS6-Ι的結(jié)構(gòu)和功能中起重要作用,而將該點的Lys(K)突變成Phe(F)之后,幾乎檢測不到活性,推測原因可能是由于Phe的結(jié)構(gòu)中存在苯環(huán),其空間位阻使底物LA不能與酶契合;G63A、T69V和T69S對LA的轉(zhuǎn)化率沒有顯著影響(分別為50.6%、51.8%和45.5%),但將G63突變成Thr時,轉(zhuǎn)化率卻降低至8.5%,由于Ala是非極性R基氨基酸,而Thr是不帶電荷的極性R基氨基酸,這種替換改變了該位點的極性,從而破壞了MaFADS6-Ι活性中心的正常三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致活性下降;V66T和V66A對LA的轉(zhuǎn)化率分別為22.3%和20.7%,比原始MaFADS6-Ι的活性降低了50%以上, 推測該位點對酶活有影響,但不是影響酶活最關(guān)鍵的位點;D68N和D68L對LA的轉(zhuǎn)化率分別為8.2%和6.6%,推斷D68位點對MaFADS6-Ι活性的影響比V66位點更重要。
圖7 同時添加底物LA和ALA時各突變體對底物的轉(zhuǎn)化率Fig.7 Conversion rate of each mutant for each substrate其中LA轉(zhuǎn)化率(%)=100 ×反應(yīng)生成的GLA的量/(反應(yīng)生成的GLA的量+反應(yīng)剩余的LA的量),ALA轉(zhuǎn)化率(%)=100 ×反應(yīng)生成的SDA的量/(反應(yīng)生成的SDA的量+反應(yīng)剩余的ALA的量)。
2.5三維結(jié)構(gòu)模擬分析
為了直觀地解釋各突變體的活性驗證結(jié)果,以最近WANG[15]和BAI[16]等人在Nature雜志發(fā)表的人類和動物的Δ9-脫飽和酶的晶體結(jié)構(gòu)和昆蟲細胞色素b5區(qū)域的結(jié)構(gòu)[17]為模板,利用SWISS-MODEL軟件模擬出MaFADS6-Ι的三維結(jié)構(gòu)(圖9),各突變體的三維結(jié)構(gòu)模擬圖顯示,對K61和D68兩個氨基酸位點進行突變后,其三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化,而其他3個位點(G63、V66和T69)的突變沒有引起明顯的結(jié)構(gòu)改變,這與釀酒酵母活性驗證結(jié)果吻合。
綜上所述,K61和D68兩個位點對MaFADS6-Ι的活性起關(guān)鍵作用,G63和T69 兩個位點對MaFADS6-Ι的活性不起關(guān)鍵作用,V66位點對MaFADS6-Ι的活性介于上述兩者之間。
a-Cells of control(pYES2/NT C);b-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι;c-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-K61T;d-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-K61F;e-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-G63A;f-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-G63T;g-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-V66T;h-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-V66A;i-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-D68N;j-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-D68L;k-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-T69V;l-pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-T69S圖8 同時添加底物LA和ALA后各重組載體pYES2/NT C-MaFADS6-Ι-(mutant sites)脂肪酸組成的GC圖譜Fig.8 GC of fatty acids in each recombinants by adding both LA and ALA substrates
圖9 突變體的三維結(jié)構(gòu)模擬圖Fig.9 Three-dimensional structure of each mutant(其中灰色結(jié)構(gòu)表示突變氨基酸的化學結(jié)構(gòu)式)
本研究以MaFADS6-Ι為研究對象,通過序列分析確定了關(guān)鍵位點,對其進行突變后測定各突變體對兩底物的催化作用,最終確定了MaFADS6-Ι氨基酸序列中K61和D68兩個關(guān)鍵氨基酸位點對其催化活性有重要影響。
[1]ARTERBURN L M,HALL E B,OKEN H.Distribution,interconversion,and dose response of n-3 fatty acids in humans[J].American Journal of Clinical Nutrition,2006,83(6):1 467-1 476.
[2]李會珍,張志軍.植物合成長鏈多不飽和脂肪酸研究進展[J].中國生物工程雜志,2008,28(12):112-115.
[3]HAO Guang-fei, CHEN Hai-qin, DU Kai,et al.Increased fatty acid unsaturation and production of arachidonic acid by homologous over-expression of the mitochondrial malic enzyme inMortierellaalpina[J].Biotechnology Letters,2014,36(9):1 827-1 834.
[4]SAKURADANI E,ANDO A,SHIMIZU S,et al.Metabolic engineering for the production of polyunsaturated fatty acids by oleaginous fungusMortierellaalpina1S-4[J].Journal of Bioscience and Bioengineering, 2013,116(4):417-422.
[5]SAKURADANI E,KOBAYASHI M,SHIMIZU S.Δ6-Fatty acid desaturase from an arachidonic acid-producingMortierellafungus:Gene cloning and its heterologous expression in a fungus,Aspergillus[J].Gene,1999, 238(2):445-453.
[6]SAKURADANI E,SHIMIZU S.Gene cloning and functional analysis of a second delta 6-fatty acid desaturase from an arachidonic acid-producingMortierellafungus[J].Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2003,67(4): 704-711.
[7]代鵬,陳海琴,顧震南,等.高山被孢霉生產(chǎn)多不飽和脂肪酸發(fā)酵條件的研究進展[J].食品工業(yè)科技,201435(5):354-359.
[8]ZHANG Qi,LI Ming-chun,MA Hai-ting,et al.Identification and characterization of a novel Δ6-fatty acid desaturase gene fromRhizopusarrhizus[J].FEBS Letters,2004,556(1):81-85.
[9]ZHOU X R,ROBERT S,SINGH S,et al.Heterologous production of GLA and SDA by expression of anEchiumplantagineumΔ6-desaturase gene[J].Plant Science,2006,170(3):665-673.
[10]SHI Hai-su, CHEN Hai-qin,GU Zhen-nan,et al.Molecular mechanism of substrate specificity for delta 6 desaturase fromMortierellaalpinaandMicromonaspusilla[J].Journal of Lipid Research,2015,56(12):2 309-2 321.
[11]奧斯伯.精編分子生物學實驗指南[M].第五版.北京:科學出版社,2008:545-581.
[12]ZHANG Bai-xi,RONG Chun-chi,CHEN Hai-qin,et al.De novo synthesis of trans-10, cis-12 conjugated linoleic acid in oleaginous yeastYarrowialipolytica[J].Microbial Cell Factories,2012,11(1):51.
[13]MITCHELL A G and MARTIN C E.A novel cytochrome b5-like domain is linked to the carboxyl terminus of theSaccharomycescerevisiaeΔ-9 fatty acid desaturase[J].Journal of Biological Chemistry,1995,270(50):29 766-29 772.
[14]QIU Xiao,HONG Hai-ping,DATLA N,et al.Expression of borage Δ6 desaturase inSaccharomycescerevisiaeand oilseed crops[J].Canadian Journal of Botany,2002,80(1):42-49.
[15]WANG Hui,KLEIN M G,ZOU Hua,et al.Crystal structure of human stearoyl-coenzyme A desaturase in complex with substrate[J].Nature Structural & Molecular Biology,2015,22(7):581-585.
[16]BAI Yong-hong, MCCOY J G, LEVIN E J, et al.X-ray structure of a mammalian stearoyl-CoA desaturase[J].Nature, 2015,524(7 564):252-256.
[17]WANG Li-jun,COWLEY A B,TERZYAN S,et al.Comparison of cytochromes b5 from insects and vertebrates[J]. Proteins:Structure,Function,and Bioinformatics,2007,67:293-304.
Key sites of Δ6 desaturase fromMortierellaalpinaand its effect on catalytic activities
SHI Hai-su, CHEN Hai-qin*, GU Zhen-nan, ZHANG Hao,CHEN Yong-quan, CHEN Wei
(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
Δ6 desaturase from oleaginousMortierellaalpina(MaFADS6) is a key enzyme in biosynthesis of ω3/ω6 polyunsaturated fatty acids (PUFAs). This study focused on the relationship between the primary structure and function for MaFADS6-Ι based on site-directed mutagenesis. Non-chain plasmid amplification method was used in this study to target downstream of cytochrome b5 region (HPGG) in the expression unit (MaFADS6-Ι) of pYES2/NT C-MaFADS6-Ιby site-directed mutagenesis. Each recombinant plasmid was transformed and expressed inSaccharomycescerevisiae. The results showed that the catalytic activity of all mutant using α- linolenic acid (ALA) as substrate has not changed. Two catalytic sites, K61 and D68, played a key role for its catalysis on linoleic acid (LA). The LA conversion rate of four corresponding mutants was (6.2 ± 0.5)% (K61T), (0.3 ± 0.0)% (K61F), (8.2 ± 0.7)% (D68N) and (6.6 ± 0.8)% (D68L), respectively, which reduced by more than 50% compared to the original conversion rate. G63 and T69 were two sites which not directly affect the catalysis of LA, but LA conversion of G63T mutant was (8.5 ± 0.9)% which decreased 49.9% compared the original conversion rate due to polarity change of mutation site. LA conversion rates of V66 mutants were (22.3 ± 2.6)% (V66T) and (20.7 ± 2.5)% (V66A), which decreased by 36.1% and 37.8% compared to the original conversion rate. Enzymatic activities were significantly reduced after mutation of two key site of amino acid sequence of MaFADS6-Ι, K61 and D68. It provided a theoretical basis for the study on relationship between primary structure of MaFADS6-Ιand its function.
Δ6 desaturase;Mortierellaalpina; site-directed mutagenesis
10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201609001
碩士研究生(陳海琴教授為通訊作者,E-mail:haiqinchen@jiangnan.edu.cn)。
國家自然科學基金(No.21276108)
2016-02-03,改回日期:2016-03-21