Evolución dirigida de una transferasa de citocromo P450 para la funcionalización selectiva de compuestos cíclicos

Área de la Ciencia:

• Biocatálisis y ingeniería enzimática
• Síntesis orgánica
• Química medicinal

Sus antecedentes:

• Las reacciones de transferencia de carbenos son cruciales para sintetizar farmacóforos y bloques de construcción químicos.
• Las transferasas de carbenos de hemoproteínas ofrecen sitios activos sintonizables para la funcionalización controlada, pero las enzimas adecuadas para los heterociclos son raras.
• Las enzimas existentes tienen un bajo volumen de negocios o requieren cofactores costosos.

Objetivo del estudio:

• Evolucionar una enzima del citocromo P450 para la transferencia eficiente de carbenos a los heterociclos y alquenos cíclicos.
• Desarrollar un método de cribado de alto rendimiento para la evolución dirigida de la actividad de la carbenotransferasa.
• Ampliar el alcance de la transferencia biocatalítica de carbenos para la síntesis de moléculas complejas.

Principales métodos:

• Desarrolló un ensayo de cribado espectrofotométrico de alto rendimiento para la alquilación de 1-metilindole C3.
• Se empleó la evolución dirigida, incluida la mutagenesis aleatoria y dirigida, para optimizar las variantes de P450.
• Se realizó una evolución paralela para mejorar la actividad para la alquilación de pirroles, la alquilación enantioselectiva de indoles y la ciclopropanación.

Principales resultados:

• Evolucionó una variante de P450 con 11 sustituciones de aminoácidos y un dominio de reductasa eliminado, logrando 470 volúmenes por minuto y 18.000 volúmenes totales para la alquilación de indol C3.
• Se ha demostrado la alquilación quimioselectiva C3 de los indoles.
• Se ha logrado la alquilación regioselectiva de pirroles, la alquilación enantioselectiva de indoles y la ciclopropanación cíclica de alceno con biocatalizadores de ingeniería.

Conclusiones:

• Las hemoproteínas diseñadas son altamente sintonizables para la funcionalización selectiva de objetivos cíclicos.
• La evolución dirigida es una herramienta poderosa para expandir las capacidades de los catalizadores de enzimas nuevas en la naturaleza.
• Desarrollo de biocatalizadores eficientes para la transferencia de carbenos, que ofrecen alternativas sostenibles a los catalizadores metálicos tradicionales.