Crystal structure and biochemical analysis of the specialized deoxynivalenol–detoxifying glyoxalase SPG from Gossypium hirsutum

化学 毕赤酵母 突变 蛋白质工程 真菌毒素 大肠杆菌 生物化学 重组DNA 突变体 食品科学 基因
作者
Yumei Hu,Hao Li,Jian Min,Yuanyuan Yu,Weidong Liu,Jian‐Wen Huang,Lilan Zhang,Yunyun Yang,Longhai Dai,Chen ChunChi,Rey‐Ting Guo
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:200: 388-396 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.01.055
摘要

Deoxynivalenol (DON) and its acetylated derivatives such as 3-acetyldeoxynivalenol (3A-DON) and 15-acetyldeoxynivalenol (15A-DON) are notorious mycotoxins in Fusarium contaminated cereals, which pose a great threat to human and livestock health. The specialized glyoxalase I from Gossypium hirsutum (SPG) can lower the toxicity of 3A-DON by conducting isomerization to transfer C8 carbonyl to C7 and double bond from C9-C10 to C8-C9. Here we report that the substrate-flexible SPG can also recognize 15A-DON and DON, probably following the same isomerization mechanism as that for 3A-DON. The crystallographic, mutagenesis, and biochemical analyses revealed that SPG provides a hydrophobic pocket to accommodate the substrate and residue E167 might serve as the catalytic base. A variant SPGY62A that was constructed based on structure-based protein engineering exhibited elevated catalytic activity towards DON, 3A-DON, and 15A-DON by >70%. Furthermore, variant SPGY62A was successfully expressed in Pichia pastoris, whose catalytic activity was also compared to that produced in Escherichia coli. These results provide a blueprint for further protein engineering of SPG and reveal the potential applications of the enzyme in detoxifying DON, 3A-DON and 15A-DON.
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