Enhancing the thermostability of phospholipase D from Streptomyces halstedii by directed evolution and elucidating the mechanism of a key amino acid residue using molecular dynamics simulation

热稳定性 突变体 盐桥 分子动力学 化学 生物化学 磷脂酶D 野生型 蛋白质工程 立体化学 生物物理学 生物 计算化学 基因
作者
Lin Huang,Jieying Ma,Jingcheng Sang,Huiqin Wang,Shuang Wang,Chen Wang,Hongwei Kang,Fufeng Liu,Fuping Lu,Yihan Liu
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:164: 3065-3074 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.08.160
摘要

To enhance the thermostability of phospholipase D (PLD), error-prone polymerase chain reaction method was used to create mutants of PLD (PLDsh) from Streptomyces halstedii. One desirable mutant (S163F) with Ser to Phe substitution at position 163 was screened with high-throughput assay. S163F exhibited a 10 °C higher optimum temperature than wild-type (WT). Although WT exhibited almost no activity after incubating at 50 °C for 40 min, S163F still displayed 27% of its highest activity after incubating at 50 °C for 60 min. Furthermore, the half-life of S163F at 50 °C was 3.04-fold higher than that of WT. The analysis of molecular dynamics simulation suggested that the Ser163Phe mutation led to the formation of salt bridge between Lys300 and Glu314 and a stronger hydrophobic interaction of Phe163 with Pro341, Leu342, and Trp460, resulting in an increased structural rigidity and overall enhanced stability at high temperature. This study provides novel insights on PLD tolerance to high temperature by investigating the structure-activity relationship. In addition, it provides strong theoretical foundation and preliminary information on the engineering of PLD with improved characteristics to meet industrial demand.
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