昆虫糖基水解酶20家族β-N-乙酰己糖胺酶研究进展.pdfVIP

中国农业科学 2014,47(7): 1303-1312 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.07.007 昆虫糖基水解酶 20 家族β-N-乙酰己糖胺酶研究进展 屈明博，刘 田，陈 磊，陈 琦，杨 青 （大连理工大学生命科学与技术学院，辽宁大连 116024） 摘要：糖基水解酶 20 家族β-N-乙酰己糖胺酶是N-乙酰己糖胺代谢过程中一个重要的酶，其可将位于非还原 端以β 糖苷键连接的 N-乙酰己糖胺从寡糖及糖复合物中水解下来。昆虫糖基水解酶 20 家族β-N-乙酰己糖胺酶参 与昆虫多个生理过程，包括表皮几丁质水解、蛋白质 N 糖基化修饰、糖复合物水解及精卵识别，因此可能成为生 态农药设计的潜在靶标，受到国内外学者的普遍关注。根据昆虫 20 家族 β-N-乙酰己糖胺酶的进化关系和生理功 能，可以将其分为 4 个亚家族，分别为 Hex1、Hex2、Hex3 和 Hex4。Hex1 主要在昆虫蜕皮时期的表皮中表达，RNA 干扰该基因能够导致昆虫在发育过程中不能正常蜕皮而死亡。通过酶学性质研究发现，Hex1 能够专一性水解以β 1-4 糖苷键连接的几丁质寡糖底物，而不能水解以其他形式连接的底物，是专一性的参与几丁质水解的 β-N-乙酰 己糖胺酶。目前获得的唯一一个昆虫β-N-乙酰己糖胺酶的晶体结构来自于亚洲玉米螟的OfHex1，其参与底物结合 的“+1”位点存在一个特殊的三明治结构，使得 Hex1 对几丁质寡糖具有高度的选择性和水解活性。Hex2 在双翅 目昆虫中并不存在，与人类的β-N-乙酰己糖胺酶具有高度的相似性，RNA 干扰该基因的表达能够导致幼虫化蛹时 异常，成虫翅、附肢、触角等异常。通过酶学性质研究表明，Hex2 能够水解释放几丁质寡糖，糖复合物等底物中 的β-N-乙酰己糖胺，具有广泛的底物谱。Hex2 的功能可能与人类 Hex 酶的功能类似，参与糖复合物的水解。Hex3 是目前研究较少的一类 β-N-乙酰己糖胺酶，RNA 干扰该基因的表达能够导致幼虫蜕皮过程异常。Hex3 存在于昆虫 蜕皮液中，与 Hex1 存在相互作用，可能形成二聚体。通过酶学性质研究表明，Hex3 能够水解几丁质寡糖底物， 但活性较弱，说明其可能参与几丁质的水解。此外，Hex3、Hex1 和 Hex4 被发现存在于双翅目昆虫精子的表面， 可能参与精卵识别过程。Hex4 又被称为 FDL，是因为该基因的缺失能够导致果蝇左右大脑发生融合（fused lobe ）。 它是另外一种具有严格底物选择性的β-N-乙酰己糖胺酶，能够专一性地水解糖复合物GnGn 中α1-3分支上以β 1-2 糖苷键连接的 GlcNAc β 1-2Man，通过细胞定位研究表明 Hex4 主要存在于高尔基体当中。以上表明 Hex4 的主要功 能是参与细胞内的糖基化修饰过程。尽管目前对于昆虫 β-N-乙酰己糖胺酶的研究取得了很大的进展。对 Hex1 的 功能、酶学性质和晶体结构研究得较为透彻，对于设计环境友好的杀虫剂具有较强的指导意义。但其他 3 种 β-N- 乙酰己糖胺酶在生理条件下如何发挥功能，以及4 种β-N-乙酰己糖胺酶活性差异的结构基础并不是十分清楚。作 者从进化关系、晶体结构、酶学性质和生理功能等方面对昆虫糖基水解酶 20 家族 β-N-乙酰己糖胺酶的研究进展 进行综述。 关键词：β-N-乙酰己糖胺酶；几丁质；糖基化修饰；晶体结构；农药靶标 Research Progresses in Insect Glycosyl Hydrolyase Family 20 β-N-acetylhexosamindase QU Ming-bo, LIU Tian, CHEN Lei, CHEN Qi, YANG Qing (School of Life Science and Biotechnology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning)