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甲烷太古生物之相容質Nε-acetyl-β-lysine自體生合成基因以及酵素特性分析

為了解決Mio 850的問題，作者洪娟娟 這樣論述：

甲烷太古生物為了因應外界的高鹽環境，在細胞內會累積鉀離子、α-glutamate、 glycine betaine、β-glutamate、β-gultamine以及Nε-acetyl-β-lysine做為相容質來維持細胞膨壓並保護胞內酵素維持細胞正常生理代謝。甲烷太古生物累積相容質的選擇與合成和滲透壓濃度相關，研究相容質生合成基因與酵素可探討滲透壓調控機制。研究發現在甲烷太古生物中會累積特殊β型胺基酸Nε-acetyl-β-lysine做為相容質。其生合成途徑是由α-lysine經lysine 2,3-aminomutase (AblA)作用轉為β-lysine，再經由β-lysine a

cetyltransferase (AblB)作用生合成Nε-acetyl-β-lysine。本研究針對三株生長在不同鹽度、利用不同甲烷基質的甲烷太古生物，海洋型Methansarcina mazei N2M9705、耐鹽性Methanocalculus chunghsingensis K1F9705bT以及嗜鹽性Methanohalophilus portucalensis FDF1T，探討相容質Nε-acetyl-β-lysine生合成基因與酵素的特性，以聚合酶連鎖反應及南方墨漬法獲得這三株甲烷太古生物的Nε-acetyl-β-lysine生合成基因組ablA-ablB。分析三株甲烷太古生

物的lysine 2,3-aminomutase (AblA)胺基酸序列皆具有參與催化活性的輔助因子 (cofactor): [4Fe-4S] cluster、S-adenosylmethionine (SAM)、pyridoxal 5’-phosphate (PLP)以及鋅鍵結的位置；β-lysine acetyltransferase (AblB)胺基酸序列包含四個保留的motif (A-D)，在acetyl coenzyme A鍵結的motif A上具有一段高度保留性的胺基酸序列為R-G-K/L-G-H/L-M/S-K/G。由系統演化分析顯示ablA以及ablB基因序列可能在嗜鹽性、耐鹽

性甲烷太古生物與嗜鹽性綠硫菌間；以及在Methanosarcina屬與bacillial/ clostridial之間分別發生基因水平傳播。以北方墨漬法證實ablA-ablB基因組為同一轉錄單元，並證實MpablA-ablB基因會受到高鹽逆境誘導提升轉錄量，相容質glycine betaine以及高溫逆境誘導會抑制其轉錄量，不受低溫逆境影響，顯示Nε-acetyl-β-lysine於FDF1T細胞中主要是做為滲透壓保護的容質。異源表現並純化AblB蛋白進行酵素特性分析發現，MpAblB以及McAblB蛋白對受質acetyl-CoA的親和性高，Km值分別為54.348 μM以及58.140 μM

，而對α-lysine的親和性低且催化可能具有協同作用，估算其K0.5值範圍為40~310 mM，對α-lysine親和性低的原因可能為AblB蛋白對受質β-lysine專一性高所致；並且在鉀離子以及鈉離子存在下會抑制異源表現的MpAblB以及McAblB蛋白活性。雖未能偵測到AblA蛋白活性，然而耐鹽、嗜鹽生物的蛋白酵素多具有耐鹽、耐溶劑與耐低水活性的特質，顯示嗜鹽性與耐鹽性甲烷太古生物的AblA蛋白在β-型胺基酸生成酵素的研發與應用，對藥物開發是相當重要並且具有潛力的。