Discovery and Engineeringof a Plant Glycosyltransferasefor Efficient Benzylisoquinoline Alkaloid Glycosylation

苷元 苄基异喹啉 糖基转移酶 化学 糖基化 生物化学 立体化学 生物碱 糖苷 糖苷水解酶 药物发现 洋地黄素 立体异构 生物合成
作者
Jun Song,Yutong Qin,Lu Jin,Liang Han,Shihan Li,Shijuan Wu,Pan Shen,Yanling Chen,Yaqi Liu,曹艳,Juan Li,Li Y,He Qy,Wei Huang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (30): 23698-23711
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c07405
摘要

Benzylisoquinoline alkaloids (BIAs) hold broad pharmaceutical potential, yet poor water solubility and low bioavailability limit their application. Glycosylation improves these properties, but glycosyltransferases (GTs) efficiently catalyzing diverse BIAs remain scarce. Here, we identify UGT74AN1 from Asclepias curassavica, capable of glycosylating various BIAs. Structure-guided semirational engineering yielded the double mutant UGT74AN1M2, exhibiting a 341-fold increase in catalytic efficiency. Molecular dynamics simulations revealed that these mutations widen the substrate channel and strengthen binding. To overcome UDP-glucose dependency, we designed the fusion enzyme AtSuSy-L12-UGT74AN1M2 via the iMARS platform, enabling in situ UDP-glucose generation coupled with highly efficient BIA glycosylation. Consequently, the synthesized dihydrojatrorrhizine-3-O-β-d-glucoside (1b) demonstrated superior antitumor activity compared to its aglycone through stronger proliferation inhibition and apoptosis induction. This work provides an efficient enzymatic toolkit for green BIA glycoside synthesis and identifies promising candidates for drug development.
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