Chemogenetische Entwicklung von Nitrobindin zu einer künstlichen Epoxygenase

24.09.2021
  Daniel Sauer und Malte Wittwer © Bio VI Daniel Sauer und Malte Wittwer

Sauer D. F., Wittwer M., Markel U., Minges A., Spiertz M., Schiffels J., Davari M. D., Groth G., Okuda J., and Schwaneberg U., Catalysis Science & Technology, doi.org/10.1039/D1CY00609F

Ein chemogenetischer Ansatz und gezielte Evolution ermöglichten die Umwandlung eines natürlichen Metalloproteins in ein künstliches Metalloenzym mit einer >7-fachen Steigerung der Aktivität.

Das chemogenetische Engineering von Metalloproteinen erweist sich als eine leistungsfähige Strategie zur Erzeugung von Proteinen, die nicht natürliche Reaktionen katalysieren oder nicht natürliche Substrate umwandeln. Hier berichten wir über ein künstliches Metalloenzym, das auf dem β-Fass-Protein Nitrobindin (NB) basiert und mit einem Mangan-Protoporphyrin IX-Katalysator (MnPPIX@NB) für die Epoxidierung von aromatischen Alkenen ausgestattet ist. Nach dem Austausch des Metall-Cofaktors und zwei Runden gerichteter Evolution zeigt unser künstliches Metalloenzym eine verbesserte Aktivität (>7-fache Steigerung) mit einem Enantiomerenüberschuss von 20%. Die Evolutionskampagne zeigte auch die Bedeutung des proximalen Liganden für die Peroxidaktivierung und den anschließenden Sauerstoffatomtransfer. Durch die Verwendung von zelladhäsionsfördernden Peptiden wird eine einfache Strategie zur Immobilisierung künstlicher Metalloenzyme auf der Oberfläche von E. coli-Zellen für die On-Cell-Katalyse und das chemogenetische Engineering von künstlichen Metalloenzymen vorgestellt. Wir gehen davon aus, dass die Funktionalisierung der Zelloberfläche auf der Basis von Adhäsionspeptiden ein enormes Potenzial für die Einbeziehung künstlicher Enzyme in Ganzzell-Kaskadenreaktionen und katalytische On-Cell-Anwendungen hat.

Diese Arbeit wurde in der Abteilung Computational Biology durchgeführt und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (FKZ 031B0297) gefördert. Die Unterstützung und Infrastruktur des "Center for Structural Studies" (CSS) an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (DFG-Förderkennzeichen 417919780, INST 208/740-1 FUGG). Die Simulationen wurden mit Rechenressourcen durchgeführt, die von JARA-HPC der RWTH Aachen im Rahmen des Projekts JARA0065 bereitgestellt wurden.

Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente und unter

Sauer D. F., Wittwer M., Markel U., Minges A., Spiertz M., Schiffels J., Davari M. D., Groth G., Okuda J., and Schwaneberg U., Catalysis Science & Technology, doi.org/10.1039/D1CY00609F

 

  Chemisches und Protein-Engineering des Nitrobindin-Wildtyps © Royal Society of Chemistry Chemisches und Protein-Engineering des Nitrobindin-Wildtyps