トランスグリコシル化および逆加水分解活性を有する新規な細菌性β-アセチルグルコサミニダーゼを発見した

A novel bacterial β--acetyl glucosaminidase from possessing transglycosylation and reverse hydrolysis activities.

• Alei Zhang
• Xiaofang Mo
• Ning Zhou
• Yingying Wang
• Guoguang Wei
• Jie Chen
• Kequan Chen
• Pingkai Ouyang

抄録

背景:

-アセチルグルコサミン(GlcNAc)やアセチルキトリオリゴ糖(アセチルCOS)は、多くの生物学的活性を示し、医薬品、農業、食品、化学工業などの分野で広く利用されている。特に、重合度が4〜7（（GlcNAc）-（GlcNAc））の高級なアセチルCOSは、ナチュラルキラー細胞に対して強い刺激活性を有しているだけでなく、優れた抗腫瘍活性や抗菌活性を有しています。そのため、GlcNAcを産生するだけでなく、-アセチルCOSを合成できるβ-アセチルグルコサミニダーゼ(NAGase)を発見することは非常に重要である。

Background: -Acetyl glucosamine (GlcNAc) and -Acetyl chitooligosaccharides (-Acetyl COSs) exhibit many biological activities, and have been widely used in the pharmaceutical, agriculture, food, and chemical industries. Particularly, higher -Acetyl COSs with degree of polymerization from 4 to 7 ((GlcNAc)-(GlcNAc)) show good antitumor and antimicrobial activity, as well as possessing strong stimulating activity toward natural killer cells. Thus, it is of great significance to discover a β--acetyl glucosaminidase (NAGase) that can not only produce GlcNAc, but also synthesize -Acetyl COSs.

研究成果:

新規なβ-アセチルグルコサミニダーゼをコードする遺伝子NAGaseをSYBC-H1からクローニングした。ＮＡＧａｓｅの推論されたアミノ酸配列は、ほとんどのよく特徴づけられたＮＡＧａｓｅの対応するドメインとの低い同一性（１２-３５％）を示すグリコシドヒドロラーゼファミリー２０の触媒モジュールを含んでいる。ＮＡＧａｓｅ遺伝子は、ＢＬ２１（ＤＥ３）細胞において活性型で高度に発現した。ニトロフェニル--アセチルグルコサミニド（NP-GlcNAc）に対する精製NAGaseの特異的活性は4878.6U/mgのタンパク質であった。NAGaseは92kDaの分子量を有し、その最適活性はpH5.4および40℃であった。NP-GlcNAcに対するNAGaseの、、、、、および/は、それぞれ16,666.67μmolminmg、0.50μmolmL、25,555.56s、および51,111.12mLμmolsであった。アセチルCOSとコロイダルキチンの加水分解生成物の分析から、NAGaseは典型的なエキソ作動性NAGaseであることが明らかになった。特に、NAGaseは(GlcNAc)-(GlcNAc)からそれぞれより高度な-アセチルCOS（(GlcNAc)-(GlcNAc)）を合成することができ、トランスグリコシル化活性を有していることが示された。また、NAGaseはGlcNAcに対する逆加水分解活性を有しており、様々な連結GlcNAc二量体を合成することができた。

Results: The gene encoding the novel β--acetyl glucosaminidase, designated NAGase, was cloned from SYBC-H1. The deduced amino acid sequence of NAGase contains a glycoside hydrolase family 20 catalytic module that shows low identity (12-35%) with the corresponding domain of most well-characterized NAGases. The NAGase gene was highly expressed with an active form in BL21 (DE3) cells. The specific activity of purified NAGase toward -nitrophenyl--acetyl glucosaminide (NP-GlcNAc) was 4878.6 U/mg of protein. NAGase had a molecular mass of 92 kDa, and its optimum activity was at pH 5.4 and 40 °C. The , , , and / of NAGase for NP-GlcNAc were 16,666.67 μmol min mg, 0.50 μmol mL, 25,555.56 s, and 51,111.12 mL μmol s, respectively. Analysis of the hydrolysis products of -Acetyl COSs and colloidal chitin revealed that NAGase is a typical exo-acting NAGase. Particularly, NAGase can synthesize higher -Acetyl COSs ((GlcNAc)-(GlcNAc)) from (GlcNAc)-(GlcNAc), respectively, showed that it possesses transglycosylation activity. In addition, NAGase also has reverse hydrolysis activity toward GlcNAc, synthesizing various linked GlcNAc dimers.

結論:

本研究で記録されたNAGaseが、エキソ作用、トランスグリコシル化および逆加水分解活性を有する新規NAGaseであるという観察は、GlcNAcまたはより高い-アセチルCOSの生産における可能性のある応用を示唆している。

Conclusions: The observations recorded in this study that NAGase is a novel NAGase with exo-acting, transglycosylation, and reverse hydrolysis activities, suggest a possible application in the production of GlcNAc or higher -Acetyl COSs.

© The Author(s) 2020.