胶原糖基化的酶促精工：揭示基底膜成熟的结构机制

本期推荐：基底膜胶原IV的成熟依赖关键的O-糖基化修饰，但相关酶复合物的结构机制长期未明。Qin、Cao与Forneris团队通过解析LH3/PLOD3与GLT25D1/COLGALT1形成的异源四聚体结构，首次阐明该复合物通过LH、GalTC和GlcT结构域协同催化羟基化-半乳糖基化-葡萄糖基化的级联反应，为理解胶原翻译后修饰提供了原子级框架。

　　

在生命演化的长河中，多细胞生物的出现离不开基底膜这一关键结构的支撑。作为基底膜的主要成分，胶原IV通过独特的糖基化修饰获得其生物学功能，这些修饰如同精密的分子雕刻，决定着组织的机械强度和细胞信号传导。然而，负责这些修饰的酶分子机器如何协同工作，一直是领域内悬而未决的核心问题。印度理工学院曼迪分校的研究团队在《Nature Communications》发表突破性成果，通过冷冻电镜等技术首次捕捉到LH3/PLOD3与GLT25D1/COLGALT1形成的异源四聚体"分子雕塑家"的精细结构，揭示了胶原成熟过程中的关键分子机制。

研究采用冷冻电镜解析酶复合物三维结构，结合位点特异性突变验证功能域相互作用，通过质谱分析糖基化修饰位点，并运用分子动力学模拟研究构象变化。样本来源于重组表达的人源蛋白。

【Sculpting the abundant protein】

研究发现胶原IV在-Gly-Xaa-Yaa-三肽模体的Yaa位点发生特异性修饰：首先由PLOD家族酶催化赖氨酸(Lys)羟基化为5(R)-羟基赖氨酸(HyK)，随后COLGALT编码的糖基转移酶依次添加半乳糖(G-HyK)和葡萄糖(GG-HyK)。与纤维状胶原相比，基底膜胶原IV表现出显著更高的糖基化水平。

【Multifunctional ensemble of enzymes】

结构解析显示LH3与GLT25D1形成T形四聚体，其中LH3二聚体构成长臂，GLT25D1二聚体形成短臂。关键界面由Arg42^C-Glu277^B等盐桥稳定。LH3包含GT-AC-LH三结构域，而GLT25D1具有GalTN-GalTC双结构域，其中GalTN虽无催化活性但对维持复合物稳定性至关重要。

【The hammer and chisel-active site architecture】

GalTC结构域采用非典型的EDD(Glu435-Asp436-Asp437)基序结合Mn²⁺，而非糖基转移酶常见的DxD基序。柔性环上的Arg35与Asp570形成氢键网络稳定UDP-半乳糖结合。LH3的GT结构域则通过DxxD(Asp112-Asp115)基序和His235协调Mn²⁺，其Gly72-Gly87糖环中的Trp75通过π-π堆叠固定UDP底物。

这项研究首次完整描绘了胶原糖基化的分子蓝图，阐明LH3与GLT25D1通过结构域互补形成高效催化机器。特别值得注意的是，非催化结构域(如AC和GalTN)在维持复合物构象中发挥关键作用，这种"结构域分工"策略可能普遍存在于其他翻译后修饰系统中。发现不仅为胶原相关疾病(如Alport综合征)的治疗提供新靶点，其揭示的"一酶多能"机制对理解复杂生物大分子修饰具有范式意义。正如作者强调，这种精巧的酶分子组合或代表了多细胞进化过程中获得的关键创新之一。