糖転移酵素GT1ファミリー。系統的な分布、基質の網羅性、代表的な構造的特徴

Glycosyltransferase GT1 family: Phylogenetic distribution, substrates coverage, and representative structural features.

• Peng Zhang
• Zheng Zhang
• Lijuan Zhang
• Jingjing Wang
• Changsheng Wu

抄録

グリコシルトランスフェラーゼ（GT）は、活性化された糖供与体から特定のアクセプターへのグリコシルトランスフェラーゼであり、その中でもGT1ファミリーの酵素は、グリコ脂質、フラボノイド、マクロライドなどの多様な天然物に対する優れたグリコシル化能を有することで知られています。しかし、この重要なファミリーメンバーの系統的な網羅性は未だに不足している。本ミニレビューでは、すべてのGT1ファミリーの配列を系統的に解析し、GT1タンパク質のグループ化は、分類学的な生命領域に依存したパターンを示し、多くのGTsの未開拓なクラッドを明らかにした。その結果、細菌由来のGT1ファミリー酵素は、他のドメインのものに比べて、より広範な化学骨格を基質とすることができ、より高いプロミスキュイティを示すことが明らかになった。さらに、異なるドメインのGTの基質選択性の違いを理解するために、異なるドメインのGTの配列サイズを比較した。代表的な28種類のGT1酵素の結晶構造を用いた多重配列アラインメントに基づいて、GTのN末端に位置する2つの重要な領域を同定した。また、細菌や植物の代表的な構造において、基質と相互作用する残基を列挙することで、これら2つの領域の重要な役割を検証した。系統、基質選択性、配列長、重要モチーフの観点からGT1ファミリーのアトラスを作成することで、未知のGT1の探索や既知の酵素の合理的なエンジニアリング、医薬品として有望な新規糖質複合体の合成への手がかりを得ることができた。

Glycosyltransferases (GTs) are responsible for transferring glycosyl moieties from activated sugar donors to certain acceptors, among which the GT1 family enzymes have been known for their outstanding glycosylation capacities toward diverse natural products, such as glycolipids, flavonoids and macrolides . However, there still lacks a systematic collation of this important family members. In this minireview, all the GT1 family sequences were phylogenetically analyzed, and the grouping of GT1 proteins exhibited a taxonomic life domain-dependent pattern, revealing many untapped clades of GTs. The further phylogenetic analysis of the characterized GTs facilitated the classification of substrates coverage of GT1 family enzymes from different life domains, whereby the GTs from bacteria can tolerate a wider spectrum of chemical skeletons as substrates, showing higher promiscuity than those from other domains. Furthermore, the sequence sizes of GTs from different domains were compared to understand their different substrates selectivity. Based on the multiple sequence alignments of 28 representative GT1 enzymes with crystal structures, two critical regions located in the N-terminal of GTs were identified, which were most variable among sequences from different taxonomic domains and essential for substrates binding and/or catalysis. The key roles of these two regions were validated by enumerating the influential residues that interacted with substrates in the representative structures from bacteria and plants. The atlas for GT1 family in terms of phylogeny, substrates selectivity, sequence length, and critical motifs provides the clues for the exploration of unknown GT1s and rational engineering of known enzymes, synthesizing novel promising glycoconjugates for pharmaceutical application.

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