SpyTag/SpyCatcher 分子環化は、タンパク質の安定性と凝集に対する回復力を付与します

熱および阻害剤の耐性の能力は産業酵素にとって重要であり、活性の喪失は、商業用途向けの天然酵素を展開する上で大きな課題です。部位指向の突然変異誘発や指示された進化などのタンパク質工学アプローチは、天然酵素の修飾に専念しています。最近、翻訳後のタンパク質工学戦略であるSpytag/Spycatcherシステムが導入されました。ここでは、スパイタグとスパイカチャーペプチドをそれぞれそのn-およびc末端に融合させることにより、熱およびイオン耐性のシクイ化キシラナーゼ（C-TFX）を生成しました。線形酵素と比較して、C-TFXは加熱または金属イオン曝露後に大きな残留活性を保持しました。固有の蛍光および循環二色性分析により、Spytag/Spycatcher環化によって媒介されるイソペプチド結合は、おそらくその二次および立体構造を安定化することにより、熱およびイオンの安定性の向上に寄与したことが明らかになりました。さらに、熱に挑戦したC-TFXは、天然のリグノセルロース基質を効率的に分解することが観察されました。周期化されたキシラナーゼは、線形酵素よりも安定性が高く、変性と凝集に抵抗性がありました。「Superglue」Spytag/Spycatcher環化システムにより、酵素はその構造構造を維持することができます。これは、飼料添加物や機能的オリゴ糖生産などの産業用途向けの酵素の工学に特に関心があります。

The capacities for thermal and inhibitor tolerance are critical for industrial enzymes and loss of activity is a major challenge in deploying natural enzymes for commercial applications. Protein engineering approaches, such as site-directed mutagenesis and directed evolution, have been devoted to modifying natural enzymes. Recently, a post-translation protein engineering strategy, the SpyTag/SpyCatcher system, was introduced. Here, we have generated a thermo- and ion-tolerant cyclized xylanase (C-TFX) by fusing the SpyTag and SpyCatcher peptides to its N- and C- terminus respectively. Compared with the linear enzyme, C-TFX retained greater residual activity after heating or metal ion exposure. Intrinsic fluorescence and circular dichroism analysis revealed that the isopeptide bond mediated by SpyTag/SpyCatcher cyclization contributed to enhanced thermo- and ion-stability, probably by stabilizing its secondary and conformational structure. In addition, the heat-challenged C-TFX was observed to degrade natural lignocellulosic substrates efficiently. The cyclized xylanase was more stable and resistent to denaturation and aggregation than the linear enzyme. The "superglue" SpyTag/SpyCatcher cyclization system enables the enzyme to maintain its structural conformation, which will be of particular interest in engineering of enzymes for industrial application such as feed additives and functional oligosaccharides production.