嗜肺军团菌效应蛋白LtpM通过短共识序列G-T/S和S-G实现蛋白β-O-糖基化的机制与应用

研究人员发现蛋白O-糖基化缺乏严格共识序列的难题，通过解析嗜肺军团菌效应蛋白LtpM的β-O-葡萄糖基转移酶特性，揭示其特异性识别G-T/S和S-G双残基短序列的分子机制。该研究利用X射线晶体学和分子模拟阐明F166/Q167/W228/K225"门控"残基形成的UDP-葡萄糖结合口袋独特结构，并开发为位点特异性O-糖基化工具，证明O-葡萄糖可模拟O-GlcNAc调控突触Ras GTP酶激活蛋白功能，为糖蛋白工程提供新策略。

　　

在糖基化修饰领域，蛋白O-糖基化与N-糖基化不同，往往缺乏明确的共识序列模式，这使得均质O-糖蛋白的合成和位点特异性O-葡萄糖基化工程面临巨大挑战。最新研究发现嗜肺军团菌(Legionella)的效应蛋白LtpM具有非凡特性——它能识别极短的G-T/S和S-G双残基序列，实现精准的β-O-葡萄糖基化修饰。

通过X射线晶体结构和分子动力学模拟，科学家揭开了LtpM独特的催化机制：F166、Q167、W228和K225四个关键残基像"分子门卫"一样悬停在尿苷二磷酸(UDP)-葡萄糖供体的结合口袋上方，形成狭窄的"分子钳"。这种特殊结构严格限定了底物蛋白的修饰位点，要求丝氨酸(Ser)或苏氨酸(Thr)的相邻残基必须是甘氨酸(Gly)。

基于这种短序列特异性，LtpM被开发成强大的分子工具，可对多种真核生物靶蛋白进行位点特异性O-葡萄糖基化修饰。特别值得注意的是，在突触Ras GTP酶激活蛋白中，O-葡萄糖能完美模拟O-连接N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)的功能。更令人振奋的是，LtpM还能识别UDP-葡萄糖的6-叠氮类似物，为蛋白生物正交标记开辟了新途径。

这项研究不仅揭示了微生物效应蛋白精巧的分子识别机制，更为糖蛋白工程提供了革命性工具，使得在复杂蛋白质特定位点"安装"葡萄糖基团变得像"分子乐高"一样精准可控。