引言
虽然 L-氨基酸在所有生命系统中含量丰富，但 19 种手性蛋白质源性氨基酸的 D-立体异构体也可能存在。在这些 D-氨基酸中，D-丝氨酸 (D-Ser) 是研究最充分的例子之一 (Hamase et al., 2002; Katane and Homma, 2024; Ohide et al., 2011)。在哺乳动物大脑中，D-Ser 的含量相对较高，特别是在前脑区域，并作为 N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA) 受体甘氨酸结合位点的内源性共激动剂发挥作用 (Horiike et al., 2001; Wolosker and Mori, 2012)。通过这种活性，D-Ser 有助于 NMDA 受体介导的神经传递和突触可塑性 (Wolosker and Mori, 2012)。除神经系统外，D-Ser 和其他 D-氨基酸已在各种外周组织和内分泌器官中被检测到，这表明 D-氨基酸代谢在哺乳动物中具有更广泛的生理相关性 (Chieffi Baccari et al., 2020; Hamase et al., 2002; Horio et al., 2011; Katane and Homma, 2024; Kiriyama and Nochi, 2016)。
丝氨酸消旋酶 (SR) 最初从大鼠大脑中纯化出来，是一种磷酸吡哆醛 (PLP) 依赖性酶，可直接将 L-Ser 转化为 D-Ser (Wolosker et al., 1999b)。随后从小鼠和人类中分离 SR 基因并进行功能分析，确立了 SR 作为这些物种中 D-Ser 合成酶的角色 (De Miranda et al., 2000; Wolosker et al., 1999a)。使用 SR 敲除小鼠的研究进一步证明了 SR 对于体内 D-丝氨酸的产生和 NMDA 受体介导的功能的重要性 (Ohide et al., 2011; Wolosker and Mori, 2012)。除消旋化外，SR 还催化 L-Ser 和 D-Ser 的 β-消除反应，产生丙酮酸和氨 (Foltyn et al., 2005; Ito et al., 2020; Strísovsky et al., 2003)。因此，SR 不仅通过合成 D-Ser，还通过 β-消除降解丝氨酸来影响 D-Ser 水平。
丝氨酸消旋酶也广泛存在于无脊椎动物中，系统发育研究表明动物 SR 源自共同祖先基因 (Uda et al., 2019, Uda et al., 2016; Uda and Moe, 2022)。以前的研究表明，无脊椎动物 SR 在不同物种间的催化特性存在差异，特别是在底物特异性和 β-消除活性方面 (Uda et al., 2017; Uda and Moe, 2022)。在 Schizosaccharomyces pombe SR 的晶体结构中，对应于 150–152 位残基的区域在底物结合位点附近形成一个柔性环，突变分析（包括 Mus musculus SR 的分析）表明该区域有助于底物识别 (Goto et al., 2009; Uda et al., 2017)。该区域在此被称为三丝氨酸环区域，因为在几种动物 SR 相关酶中，对应位置获得两个或三个丝氨酸残基与天冬氨酸消旋酶活性相关 (Uda et al., 2017; Uda and Moe, 2022)。
哺乳动物 SR 的生物化学研究仅集中在少数物种上，主要是人类 (Homo sapiens)、小鼠 (Mus musculus) 和大鼠 (Rattus norvegicus) (De Miranda et al., 2000; Graham et al., 2019; Hoffman et al., 2009; Ohide et al., 2011)。重组酶的详细比较很大程度上仅限于 Homo sapiens 和 Mus musculus SR (De Miranda et al., 2000; Graham et al., 2019; Hoffman et al., 2009; Ohide et al., 2011)。这些催化特性是否被其他哺乳动物谱系的 SR 所共有尚未得到详细检查。在此，我们生产并纯化了来自真兽类哺乳动物、有袋类和一种单孔目的十一种 SR，并比较了它们的消旋化和 β-消除活性、动力学特性、序列特征和系统发育关系。我们还使用公共 RNA-seq 数据检查了组织表达模式。
Kouji Uda|Luke A. Moe
