原文出自 IJMS 期刊：

Xu, C.; Sun, L.; Mei, Y.; Sun, G.; Li, W.; Wang, D.; Li, X.; Wang, N.N. Domain Swapping between AtACS7 and PpACL1 Results in Chimeric ACS-like Proteins with ACS or Cβ-S Lyase Single Enzymatic Activity. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 2956. https://doi.org/10.3390/ijms24032956

文章导读

2021 年 11 月 10 日，南开大学生命科学学院王宁宁教授团队联合南开大学药物化学生物学国家重点实验室、细胞应答交叉科学中心的结构生物学家饶子和院士团队以及美国内华达大学生物信息学家 Jeffery Shen 教授共同发表的文章[1]，报道了种子植物乙烯合成限速酶 ACC 合酶 (ACC Synthase, ACS) 普遍具有 ACS 和 C-S 裂解酶 (C-S lyase, CSL) 双酶活性的重要发现，为探究 ACS 的分子演化路径以及更好地了解 ACS 基因家族的功能和乙烯合成的调控带来了新线索。近期，王宁宁教授团队在 International Journal of Molecular Sciences (IJMS) 期刊发表了一篇文章，进一步鉴定了拟南芥 AtACS7 蛋白 ACS 和 CSL 活性的一些关键结构域，为深入解析 ACS 蛋白双酶活性的生物学功能奠定了重要基础。

主要内容

ACS 蛋白具有双酶活性的重要发现打开了其生物学功能研究的大门。ACS 和 CSL 单酶活性关键结构域的鉴定以及相应突变体的获得对于深入解析 ACS 蛋白两种不同活性的功能和相互关系等具有十分重要的意义。早期研究认为，ACS 蛋白的七个保守结构域 (boxes 1-7) 是其催化 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 生成乙烯合成前体 ACC 所必需的。为了深入解析 ACS 蛋白的 ACS 和 CSL 活性的关键结构域，王宁宁教授团队将具有双酶活性的拟南芥 AtACS7 蛋白的各保守结构域分别与仅具有 CSL 活性的小立碗藓 ACS-Like 蛋白 PpACL1 的相应序列进行替换，并对所获得的各嵌合蛋白进行了 ACS 活性和以胱氨酸为底物的 CSL 活性的测定。

结果发现，将 AtACS7 的 box 6 替换为 PpACL1 的相应序列后，所获得的嵌合蛋白 R10 仅具有 CSL 活性。并且，与实验室前期获得的 CSL 单酶突变体 R6 和 AtACS7Q98A 相比，R10 不仅 CSL 活性较高而且完全丧失 ACS 活性 (图 1)。相反地，将 AtACS7 的 box 4 替换成 PpACL1 的相应序列后，所获得的嵌合蛋白 R12 只具有 ACS 活性。与实验室前期获得的 ACS 单酶突变体 AtACS7D245N 相比，R12 的 ACS 活性也更高且完全丧失 CSL 活性 (图 2)。

图 1. 拟南芥 AtACS7 C-S 裂解酶单酶活性突变体 R10 的创制及双酶活性测定。

图 2. 拟南芥 AtACS7 ACC 合酶单酶活性突变体 R12 的创制及双酶活性测定。

上述研究结果表明：box 6 和 box 4 分别在维持种子植物 ACS 蛋白的 ACS 和 CSL 活性中发挥重要作用；本研究所获得的嵌合蛋白 R10 和 R12 均是更合适的 CSL 和 ACS 单酶活性突变体，可用于后续生物学功能研究。

研究总结

本论文通过将具有 ACS 和 CSL 双酶活性的 AtACS7 蛋白和仅具有 CSL 活性的 PpACL1 进行保守结构域互换，分别鉴定了 AtACS7 蛋白 ACS 和 CSL 活性的两个关键结构域，获得了分别具有 ACS 和 CSL 单酶活性的嵌合蛋白 R12 和 R10。上述研究结果的取得为深入解析 AtACS7 蛋白双酶活性的关键结构域和关键位点开辟了崭新视角，同时也为进一步探究 ACS 双酶活性的生物学功能提供了重要的基因资源。作为 Cβ-S 裂解酶时，ACS 的催化产物之一丙酮酸是糖酵解的终产物和线粒体三羧酸循环的能量底物，在植物生长发育和抵抗多种逆境胁迫中发挥重要作用。该项研究为人们更好地了解 ACS 基因家族在乙烯合成调控与逆境响应方面的功能奠定了重要基础。

参考文献

[1] Xu, C.; Hao, B.; Sun, G.; Mei, Y.; Sun, L.; Sun, Y.; Wang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, W.; Zhang, M.; et al. Dual activities of ACC synthase: Novel clues regarding the molecular evolution of ACS genes. Sci. Adv.2021, 7, eabg8752. 

IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物物理、生物医学、化学和纳米科学等分子相关领域研究，已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2021 Impact Factor：6.208

2021 CiteScore：6.9

Time to First Decision：15.9 Days

Time to Publication：34 Days