祖先の配列再構築を用いた非ヘム鉄酸化酵素の反応経路の設計

科学分野:

• 生物触媒と酵素工学
• タンパク質 の 進化 と 設計
• 化学生物学

背景:

• 非ヘム鉄 (FeII) とα-ケトグルタレート (α-KG) 依存酸化酵素は,根幹媒介変換を触媒する多機能酵素である.
• これらの酵素の反応経路の制御は,それらの生物触媒的用途の拡大に不可欠です.
• サイト指向型変異やDNAシャッフリングのような 伝統的な工学方法は 重要な残留物を特定する上で 限界があります

研究 の 目的:

• FeII/α-KG依存酸素酶反応経路の設計のための新しい祖先配列再構築 (ASR) 誘導戦略を開発し,展示する.
• 進化的情報を用いて酵素反応経路を決定する重要な残留物と相互作用を特定する.
• ベンジルヒドロキシル化を行う酵素を酸化環膨張反応に適した変種に変換する.

主な方法:

• 先祖配列再構築 (ASR) は,経路制御に重要な進化的に保存された残留物を特定します.
• 特定された残留物の影響を迅速に評価するために,結合的部位指向型変異.
• DNAシャッフリングと量子力学/分子力学 (QM/MM) シミュレーションによる検証

主要な成果:

• 主要な反応経路の決定に不可欠な特定の活性部位残留物と主要な基板活性部位水素結合.
• 既存の酵素と祖先酵素の両方をベンジル化水酸化から酸化環拡張に成功させた.
• 進化の洞察を活用して,酵素経路の工学を加速するASRの有効性を実証しました.

結論:

• 酵素反応経路を制御する重要な残留物を特定するための強力なツールです.
• 特定された残留物と水素結合は,FeII/α-KG依存酸素酵素の触媒的結果を決定する重要な決定因子である.
• このASRによるアプローチは,新しい化学変換のためのバイオ触媒の設計を大幅に加速します.