在裏氏木黴QM9414的質膜成分中發現了長醇激酶(DolK),其催化γ-磷酸基團從CTP轉移到長醇分子(Kruszewska等人,1994)。在釀酒酵母中,發現DolK在調節可用脂質載體中起主要作用(Heller等,1992),從而調節糖基化的效率。與DPM合成酶不同,裏氏木黴QM9414的DolK活性不受培養基中葡萄糖的影響。隨著培養溫度的升高(35℃),菌絲中的DolK活性大大增加,參與蛋白質O-甘露糖基化的其他酶的活性也增加,但對於DPM合成酶和蛋白質甘露糖基轉移酶,其活性的增加僅在外源長醇磷酸缺乏時才明顯(表11.3),這表明高溫下菌絲質膜中的長醇及長醇磷酸含量增加。35℃培養的裏氏木黴提取的總脂能提高DolK的活性(DolK是從25℃培養的裏氏木黴中提取的),進壹步證明了上述現象的存在。可見溫度可以影響質膜中長醇的含量。
表11.3溫度對參與蛋白質O-甘露糖基化反應的各種酶活性的影響。
註:酶活性表示為5分鐘內膜蛋白質5分鐘形成的產物量(pmole/mg)。
縮寫:DPM為甘露糖磷酸多萜醇);醇酯;Dol是長酒精;DolP是長醇磷酸酯。
11.2.3.2 DPM合成酶
Kruszewska等(1990)發現,膽堿和吐溫80能促進裏氏木黴QM9414胞外蛋白的分泌,這與DPM合酶活性的大幅提高有關。當真菌在碳源分解產物的培養基上培養時,例如用乳糖代替葡萄糖作為碳源時,這種作用就更加明顯。有趣的是,在膽堿或吐溫80存在下,菌株RUT C-30的DPM合酶活性下降,但其蛋白質分泌不受影響。同時,膽堿或吐溫80在體外對DPM合酶的作用消失。還觀察到只有DPM合酶的活性顯著改變,而位於內質網的其他糖基化酶的活性不受影響。像酵母和動物細胞中的類似酶壹樣,木黴的DPM合成酶活性在體外被磷脂酰膽堿(PC)促進。推測DPM合酶活性的升高是由於內質網膜上磷脂酰膽堿的富集所致。另壹方面,裏氏木黴QM9414和RUT C-30之間的PC濃度沒有顯著差異。
根據膽堿和吐溫80對蛋白分泌和DPM合酶活性的影響,提出DPM合酶活性可能是裏氏木黴蛋白分泌的限速節點(Kruszewska等,1989,1990)。為了找到這壹觀點的分子證據,構建了裏氏木黴的重組菌株,其含有來自釀酒酵母的dpm1基因(編碼dpm合酶),並將該基因置於裏氏木黴的組成型啟動子下。與親本菌株相比,重組菌株的DPM合成酶的活性在壹定程度上增加,纖維素酶分泌量增加了約10倍,CBHI的量增加了6倍(Kruszewska等人,10將重組基因置於木黴的強啟動子下是壹種廣泛使用的技術。利用這壹技術,進壹步研究了蛋白質分泌的促進作用。發現釀酒酵母的DPM至少在細胞的三個生化步驟中起重要作用(Orlean,1990): ①在N-糖苷鍵合成過程中,為連接在長醇磷酸酯上的寡糖鏈的延伸提供甘露糖殘基供體;(2)提供與第壹個O-糖苷鍵連接的甘露糖殘基;③合成磷脂酰肌醇(PI)錨的糖基,將壹些蛋白質錨定在質膜上。
11.2.3.3 GTP: A-D甘露糖-1-磷酸鳥苷酰基轉移酶
除了作為脂質-聚糖介質(如DolPP-GlcNAc2Man9 Glc3),GDP-甘露糖也是N-和O-連接的聚糖合成中甘露糖的供體。目前已知第壹組五個甘露糖殘基直接從GDP-Man加到長醇連接的二糖(DolPPGlcNAc2)上,反應發生在內質網的溶質區,而接下來的四個甘露糖殘基來自DPM(阿貝洪等,1992;Herscovics等人,1993;坦納等人,1987).在高等真核細胞(如視網膜和甲狀腺組織細胞)中,GDPMan不僅是甘露糖基轉移酶的底物,還間接促進非甘露糖GlcNac-脂質的生物合成(Kean,1980;Ronin等人,1981)。Kruszewska等人(1990)報道了裏氏木黴中的GDP-Man間接促進蛋白質中的O-糖基化,並從裏氏木黴中分離出編碼鳥苷酰基轉移酶的cDNA片段。核苷酸序列分析表明,該克隆具有1.6 kb的開放閱讀框,推定的編碼蛋白含有354個氨基酸。這兩個基因與釀酒酵母鳥苷酰基轉移酶編碼基因(mpg1)及其蛋白質的同源性分別為81%和71%(Kruszewska等人(2003)過量表達了分別編碼裏氏木黴的GDP-和長醇磷酸甘露糖合酶(DPMS)的基因mpg1和dpm1。結果顯示,在用dpm1過量表達的轉化體中,DPMS的活性沒有顯著提高,而mpg1在轉化體中過量表達。甘露糖基轉移酶以甘露糖為底物,導致糖基化分泌蛋白的高甘露糖化。Mpg1的過表達增加了dpm1的轉錄水平和DPMS活性,這表明胞內甘露糖水平在裏氏木黴分泌蛋白的糖基化中起重要作用。