本站訊（藥學(xué)院供稿）2021年04月23日，天津大學(xué)藥學(xué)院張雁教授研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合尉遲之光副教授和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）Huimin Zhao教授及其領(lǐng)導(dǎo)的新加坡科學(xué)與工程研究所（A*STAR）研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)化學(xué)會(huì)期刊《ACS Catalysis》上發(fā)表題為“The glycyl radical enzyme arylacetate decarboxylase fromOlsenella scatoligenes”的科技論文（DOI:10.1021/acscatal.1c01253）。此項(xiàng)研究也是張雁教授課題組繼2018年發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸脫羧酶（NatureCommunicationsDOI: 10.1038/s41467-018-06627-x）及2019年發(fā)現(xiàn)羥乙磺酸裂解酶（NatureCommunicationsDOI：10.1038/s41467-019-09618-8）以來，在甘氨酸自由基酶參與氨基酸初級(jí)代謝領(lǐng)域研究的又一突破性進(jìn)展。
高度惡臭的揮發(fā)性化合物對(duì)甲酚和糞臭素是厭氧細(xì)菌發(fā)酵酪氨酸和色氨酸的最終代謝產(chǎn)物，其產(chǎn)生依賴對(duì)氧氣敏感的甘氨酸自由基酶（GRE）家族成員對(duì)羥基苯乙酸脫羧酶（HPAD）和吲哚乙酸脫羧酶（IAD）。張雁團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，從豬糞中分離出的厭氧性糞臭桿菌Olsenella scatoligenes除包含HPAD和IAD外，還存在第三種GRE脫羧酶，研究組原以為該酶是苯乙酸脫羧酶（PhdB），參與另一芳香族氨基酸苯丙氨酸的無氧代謝。出乎研究團(tuán)隊(duì)意料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其不能催化苯乙酸脫羧，因此該酶不是PhdB；該酶卻能催化對(duì)羥基苯乙酸和對(duì)氨基苯乙酸兩種不同底物的脫羧反應(yīng)，而已知的HPAD不能使對(duì)氨基苯乙酸脫羧。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)而解析了該酶與底物復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)（PDB: 7E7L），結(jié)構(gòu)顯示該酶活性中心完全不同于HPAD，而且該酶不具備HPAD含鐵硫簇的小亞基。由于該酶的底物范圍和結(jié)構(gòu)均與HPAD明顯不同，論文作者認(rèn)為該酶不是第二個(gè)HPAD而是除HPAD、IAD、PhdB之外的第四個(gè)芳基乙酸脫羧酶，并命名其為AAD。HPAD發(fā)現(xiàn)至今已有二十年，歐美多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算證實(shí)了其依賴甘氨酸自由基、保守的半胱氨酸以及兩個(gè)谷氨酸殘基，經(jīng)由質(zhì)子偶聯(lián)電子傳遞（PCET）的催化機(jī)制完成對(duì)底物的轉(zhuǎn)化。針對(duì)AAD缺失對(duì)應(yīng)HPAD活性位點(diǎn)的兩個(gè)谷氨酸，而且能被甘氨酸自由基氧化形成硫自由基的半胱氨酸C447與底物較遠(yuǎn)的晶體結(jié)構(gòu)，張雁團(tuán)隊(duì)提出了AAD的催化機(jī)制假說：其依賴保守的C447和組氨酸H658殘基，通過電子傳遞（ET）形成底物自由基，進(jìn)而經(jīng)由H658進(jìn)行氫接力轉(zhuǎn)移（HAT）實(shí)現(xiàn)催化。盡管這一機(jī)制并沒有先例，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，AAD無疑是一個(gè)全新的芳基乙酸脫羧酶。Olsenella scatoligenes是重要的腸道菌，體外培養(yǎng)顯示在培養(yǎng)液中加入對(duì)羥基苯乙酸，AAD得到幾百倍的誘導(dǎo)表達(dá)，并且在細(xì)胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)對(duì)甲酚的產(chǎn)生。有研究表明，對(duì)甲酚在人體中的含量與自閉癥和癌癥密切相關(guān)，因此這項(xiàng)研究成果與人類健康密切相關(guān)。
天津大學(xué)藥學(xué)院碩士生路強(qiáng)為論文的第一作者，新加坡科學(xué)與工程研究所博士Yifeng Wei為該文共同第一作者。天津大學(xué)為本項(xiàng)研究成果的第一完成單位。
日期：2021-05-17
高度惡臭的揮發(fā)性化合物對(duì)甲酚和糞臭素是厭氧細(xì)菌發(fā)酵酪氨酸和色氨酸的最終代謝產(chǎn)物，其產(chǎn)生依賴對(duì)氧氣敏感的甘氨酸自由基酶（GRE）家族成員對(duì)羥基苯乙酸脫羧酶（HPAD）和吲哚乙酸脫羧酶（IAD）。張雁團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，從豬糞中分離出的厭氧性糞臭桿菌Olsenella scatoligenes除包含HPAD和IAD外，還存在第三種GRE脫羧酶，研究組原以為該酶是苯乙酸脫羧酶（PhdB），參與另一芳香族氨基酸苯丙氨酸的無氧代謝。出乎研究團(tuán)隊(duì)意料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其不能催化苯乙酸脫羧，因此該酶不是PhdB；該酶卻能催化對(duì)羥基苯乙酸和對(duì)氨基苯乙酸兩種不同底物的脫羧反應(yīng)，而已知的HPAD不能使對(duì)氨基苯乙酸脫羧。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)而解析了該酶與底物復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)（PDB: 7E7L），結(jié)構(gòu)顯示該酶活性中心完全不同于HPAD，而且該酶不具備HPAD含鐵硫簇的小亞基。由于該酶的底物范圍和結(jié)構(gòu)均與HPAD明顯不同，論文作者認(rèn)為該酶不是第二個(gè)HPAD而是除HPAD、IAD、PhdB之外的第四個(gè)芳基乙酸脫羧酶，并命名其為AAD。HPAD發(fā)現(xiàn)至今已有二十年，歐美多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算證實(shí)了其依賴甘氨酸自由基、保守的半胱氨酸以及兩個(gè)谷氨酸殘基，經(jīng)由質(zhì)子偶聯(lián)電子傳遞（PCET）的催化機(jī)制完成對(duì)底物的轉(zhuǎn)化。針對(duì)AAD缺失對(duì)應(yīng)HPAD活性位點(diǎn)的兩個(gè)谷氨酸，而且能被甘氨酸自由基氧化形成硫自由基的半胱氨酸C447與底物較遠(yuǎn)的晶體結(jié)構(gòu)，張雁團(tuán)隊(duì)提出了AAD的催化機(jī)制假說：其依賴保守的C447和組氨酸H658殘基，通過電子傳遞（ET）形成底物自由基，進(jìn)而經(jīng)由H658進(jìn)行氫接力轉(zhuǎn)移（HAT）實(shí)現(xiàn)催化。盡管這一機(jī)制并沒有先例，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，AAD無疑是一個(gè)全新的芳基乙酸脫羧酶。Olsenella scatoligenes是重要的腸道菌，體外培養(yǎng)顯示在培養(yǎng)液中加入對(duì)羥基苯乙酸，AAD得到幾百倍的誘導(dǎo)表達(dá)，并且在細(xì)胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)對(duì)甲酚的產(chǎn)生。有研究表明，對(duì)甲酚在人體中的含量與自閉癥和癌癥密切相關(guān)，因此這項(xiàng)研究成果與人類健康密切相關(guān)。
天津大學(xué)藥學(xué)院碩士生路強(qiáng)為論文的第一作者，新加坡科學(xué)與工程研究所博士Yifeng Wei為該文共同第一作者。天津大學(xué)為本項(xiàng)研究成果的第一完成單位。
日期：2021-05-17
