Angew. Chem. ：基于动态互相关网络分析策略理性改造卤代甲基转移酶BxHMT

S-腺苷甲硫氨酸(SAM)是自然界中广泛应用的甲基供体，其作为甲基转移酶(MT)的辅因子能够实现多种底物的高选择性甲基化。在药物合成领域，甲基化作为一种非常有效的化学修饰，能够将物质的效力增强数千倍，这种现象被称为“魔术甲基效应”。然而，由于SAM的不稳定性和合成成本较高等问题限制了其大规模应用。

卤代甲基转移酶(HMT)可以催化卤代烷烃与S-腺苷半胱氨酸(SAH)反应生成SAM，并与MT级联实现最终底物的甲基化，极大地提高了该反应的原子经济性。最新研究表明，由于卤代烷烃的高毒性和高沸点的特性，对甲苯磺酸甲酯(MeOTs)被认为是更加绿色经济的甲基供体。但卤代甲基转移酶对于非天然底物MeOTs的催化效率很低，难以达到大规模应用。

近日，华东理工大学的许建和教授、郑高伟教授、陈琦副教授和俄亥俄州立大学的成小林教授合作，提出了一种基于酶的动态互相关网络分析(简称 DCCNA)策略，该策略能够从全局角度(包括底物结合口袋附近和远端)识别关键氨基酸，以实现高效的酶工程。作者运用DCCNA策略对卤代甲基转移酶(BxHMT)进行了酶工程研究，以提高该酶对非天然底物MeOTs的催化效率。

实验结果表明，通过DCCNA策略确定了15个潜在突变位点(主要是远端位点)，其中11个氨基酸经实验证明是有效的。随后的单位点饱和及组合突变产生了最优突变体M4，其催化效率(k_cat/K_M)是母本的75倍，M4对MeOTs的比活为4.08 U/mg，与母本相比提高了82倍。值得注意的是，M4和其它有益突变体还对其它甲基供体的催化能力有了提高。

接着，通过对母本和M4分别与底物MeOTs对接后结构的分子动力学模拟和PCA分析，比较了两者底物催化结合构象的差异。结果表明突变体M4不仅产生了新的相互作用来稳定底物的结合，其关键催化距离也相较于母本更加短且集中，使得甲基的转移更容易发生。

本文提出的DCCNA策略为过去酶工程技术难以识别远端突变位点的问题提供了新的解决思路，并可以大幅减轻筛选工作的负担。BxHMT-M4催化性能的显著增强为非天然底物的有效利用带来了潜在的应用前景。这一突破也为HMT与MT级联的甲基化反应的更广泛应用奠定了坚实的基础。

论文信息

Engineering of Halide Methyltransferase BxHMT through Dynamic Cross-Correlation Network Analysis

Chun-Yu Gao, Gui-Ying Yang, Xu-Wei Ding, Jian-He Xu, Xiaolin Cheng, Gao-Wei Zheng, Qi Chen

文章的第一作者是华东理工大学的硕士研究生高春玉。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401235