嗜碱热菌Thermobrachium celere甲硫氨酸酶的抗癌特性与稳定性机制研究

本研究揭示嗜碱热菌Thermobrachium celere来源的甲硫氨酸酶（TcMGL）具有优异的人血浆稳定性（半衰期达66.7小时）和特异性底物催化能力，其与辅酶PLP（吡哆醛-5′-磷酸）的独特熵驱动结合模式及变构调控机制，为癌症的甲硫氨酸剥夺疗法提供了突破性候选酶制剂。

　　

亮点

MGL的生产与纯化

为在大肠杆菌中表达TcMGL和PpMGL而经密码子优化的构建体，已克隆至pET28b(+)载体。蛋白质序列可在Uniprot数据库中获取（登录号：TcMGL为R7RTI8，PpMGL为P13254）。这些蛋白质带有N端6xHis标签和凝血酶切割位点。质粒被转化至大肠杆菌T7 Express (DE3)感受态细胞中。

重组TcMGL优先消除甲硫氨酸

从250毫升细菌培养物中纯化得到重组N端His标签标记的TcMGL，产量约为15至20毫克。SDS-PAGE上的主条带与计算分子量（45.65 kDa）一致。表观分子量接近90 kDa的第二条带与二聚体一致（补充图S1）。凝胶渗透色谱表明存在分子量约为180 kDa的四聚体。

TcMGL的催化活性针对含硫氨基酸进行测定。该酶对L-甲硫氨酸、L-高半胱氨酸和L-半胱氨酸表现出活性，但对其他测试底物（包括L-同型精氨酸、L-乙硫氨酸和L-色氨酸）无活性。对L-甲硫氨酸的催化效率最高，其k_cat/K_m值比PpMGL高1.8倍，这主要归因于k_cat值更高。TcMGL对L-高半胱氨酸的催化效率比PpMGL低约4倍，而对L-半胱氨酸的催化效率则低16倍。

讨论

大多数癌细胞在提供叶酸、钴胺素和同型半胱氨酸的情况下，能够有限度地合成甲硫氨酸。然而，这些细胞需要比其所能产生的量更多的甲硫氨酸，在没有外源供应的情况下，它们会经历生长抑制或死亡。L-甲硫氨酸限制产生的细胞毒性至少部分与S-腺苷甲硫氨酸缺乏导致的机制有关，这会引起各种表观遗传变化，并可能影响多胺和谷胱甘肽的合成。

结论

来自嗜碱热菌T. celere的甲硫氨酸γ-裂解酶在人体生理温度和pH条件下具有强效活性。它在人血浆中表现出极高的稳定性，并具有底物特异性，使得该酶成为实现癌症治疗所需的持续L-甲硫氨酸耗竭的一个有前景的候选者。PLP与apo-TcMGL结合的热力学表明，与PpMGL相比，TcMGL的辅酶-酶相互作用涉及根本不同类型的键，这可能是其卓越稳定性的基础。