参与人乳寡糖代谢的长双歧杆菌II类UDP-葡萄糖-己糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶的晶体结构

婴儿相关双歧杆菌通过GNB/LNB代谢途径利用乳糖-N-二糖I（lacto-N-biose I，LNB）和半乳糖-N-二糖（galacto-N-biose，GNB），前者和后者分别是人乳寡糖和肠道黏蛋白的主要组成成分。来自长双歧杆菌Bifidobacterium longum JCM 1217的UDP-葡萄糖-己糖-1-磷酸尿苷酰转移酶（GalT，BlGalT2）催化该途径中的关键步骤。BlGalT2属于组氨酸三联体（histidine triad，HIT）超家族中的II类GalT，是一种罕见的蛋白质类别，有别于经典的I类GalT。在本研究中，我们解析了BlGalT2的晶体结构，分辨率为2.25 Å，这是首个II类GalT的三维结构。BlGalT2是一种单体酶，其整体构架不同于经典I类GalT，由具有特征性的HIT1和HIT2催化核心亚结构域以及一个延伸的辅助结构域组成，后者形成一个相对独立的活性位点。动力学分析显示，与Gal-1P相比，该酶强烈偏好GalNAc-1P，对GalNAc-1P的Km低50倍，这与可容纳N-乙酰基的疏水性口袋相一致。金属分析和活性测定表明，Zn2+是实现其全部活性所必需的；结构预测提示，Zn2+可能由包括HIT基序中第一个组氨酸在内的多个残基配位。AlphaFold3预测与突变分析鉴定出了参与核苷酸-糖识别的残基，并支持一种涉及共价酶-尿苷一磷酸中间体的乒乓反应机制。这些发现揭示了II类GalT如何演化出独特的结构框架以及针对N-乙酰化糖的底物特异性。此外，BlGalT2的结构填补了双歧杆菌HMO代谢研究中最后缺失的结构空白，并为理解双歧杆菌对宿主来源聚糖的适应提供了分子层面的重要认识。

长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）参与人乳寡糖代谢的II类UDP-葡萄糖–己糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶的晶体结构 | bioRxiv

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# 长双歧杆菌参与人乳寡糖代谢的II类UDP-葡萄糖–己糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶的晶体结构

Mayo Sato Chihaya Yamada Mamoru Nishimoto Motomitsu Kitaoka Shinya Fushinobu

DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751320

Mayo Sato 1 东京大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者

Chihaya Yamada 2 明治大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Chihaya Yamada 的 ORCID 记录

Mamoru Nishimoto 3 日本农业与食品研究机构； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者

Motomitsu Kitaoka 4 新潟大学 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Motomitsu Kitaoka 的 ORCID 记录

Shinya Fushinobu 1 东京大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Shinya Fushinobu 的 ORCID 记录

通讯作者： asfushi{at}mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

## 摘要

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## 摘要

婴儿相关双歧杆菌通过GNB/LNB代谢途径利用乳糖-N-二糖I（LNB）和半乳糖-N-二糖（GNB）；前者和后者分别是人乳寡糖和肠道黏蛋白的主要组成成分。来源于长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）JCM 1217的UDP-葡萄糖–己糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶（GalT，BlGalT2）催化该途径中的关键步骤。BlGalT2属于组氨酸三联体（HIT）超家族中的II类GalT，是一种罕见的蛋白质类别，与经典的I类GalT不同。在本研究中，我们测定了BlGalT2的晶体结构，分辨率为2.25 Å，这是首个II类GalT的三维结构。BlGalT2是一种单体酶，其结构架构不同于经典I类GalT，由具有特征性的HIT1和HIT2催化核心亚结构域以及一个延伸的辅助结构域组成；后者形成了一个自成一体的活性位点。动力学分析显示，BlGalT2明显偏好GalNAc-1P而非Gal-1P，其对GalNAc-1P的K_m低50倍，这与可容纳N-乙酰基的疏水口袋相一致。金属分析和活性测定表明，Zn²⁺是实现充分活性所必需的；结构预测提示，Zn²⁺可能由包括HIT基序中第一个组氨酸在内的多个残基配位。AlphaFold3预测和突变分析鉴定出了参与核苷酸-糖识别的残基，并支持一种涉及共价酶–尿苷一磷酸中间体的乒乓反应机制。这些发现揭示了II类GalT如何进化出独特的结构框架以及针对N-乙酰化糖的底物特异性。此外，BlGalT2的结构填补了双歧杆菌HMO代谢中最后一个缺失的结构空白，并为理解双歧杆菌对宿主来源聚糖的适应提供了分子层面的认识。

## 利益冲突声明

## 资助者信息声明

日本创新生物科学基础研究活动促进计划（PROBRAIN）

农业、林业、渔业及食品产业科学技术研究促进计划，25010A

## 版权

。

本文依据CC-BY-NC-ND 4.0国际许可协议提供。

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发布于2026年9月16日。

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Mayo Sato Chihaya Yamada Mamoru Nishimoto Motomitsu Kitaoka Shinya Fushinobu

bioRxiv 2026.09.13.751320； DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751320

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Mayo Sato Chihaya Yamada Mamoru Nishimoto Motomitsu Kitaoka Shinya Fushinobu

bioRxiv 2026.09.13.751320； DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751320

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.13.751320v1?rss=1

🏷️ 长双歧杆菌 II类UDP-葡萄糖-己糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶 晶体结构 人乳寡糖代谢 HIT超家族 底物特异性