Structure-Guided Engineering of Glycosyltransferase UGT73–327–2 Coupled with UDP-Glucose Regeneration Enables Highly Efficient Biosynthesis of Mogroside VI

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作者
Dong Guo,Yan Zhang,Xupeng Guo,Zhiwei Deng,Yilin Chen,Changmei Liu,Zhenbo Yuan,Yijian Rao,Zhengshan Luo
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (32): 25369-25379 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c17370
摘要

Mogroside VI (Mog VI) is a rare triterpene glycoside from Siraitia grosvenorii with promising bioactivities. However, its biosynthesis is limited by a single rate-limiting glycosylation step converting mogroside V, catalyzed by the inherently low-activity plant glycosyltransferase UGT73-327-2. In this study, we applied a structure-guided engineering strategy to overcome this catalytic bottleneck. By combining substrate-channel expansion with catalytic pocket remodeling, the double mutant W192F/K206E was generated, showing a 22.2-fold increase in catalytic activity. Molecular dynamics simulations and kinetic analyses indicated that the enhanced performance results from an enlarged substrate-access channel, improved substrate-binding stability, and a more favorable active-site geometry that reduces key catalytic distances. Furthermore, coupling the engineered UGT with Arabidopsis thaliana sucrose synthase enabled an in situ UDP-glucose regeneration system, achieving a Mog VI titer of 5.6 g·L-1 with a 76.8% molar conversion. This work establishes an efficient biocatalytic route for Mog VI production and highlights the potential of structure-based glycosyltransferase engineering for the synthesis of rare natural glycosides.
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