Exploiting catalytic promiscuity for biocatalysis

Sleutelen aan de ‘duistere kant’ van een enzym

Yufeng Miao ontdekte ‘promiscue’ enzymactiviteiten die kunnen dienen als cruciale beginpunten voor de ontwikkeling van compleet nieuwe biokatalysatoren voor koolstof-koolstof bindingvormende reacties. De uitkomsten van zijn  werk kunnen bijdragen aan vernieuwend onderzoek op de gebieden van ‘protein engineering’ en biokatalyse.

Een belangrijk thema bij het ontwikkelen van nieuwe biokatalysatoren is katalytische promiscuïteit, waarbij een enzym alternatieve reacties katalyseert naast de reactie die biologisch relevant is. Promiscue enzymactiviteiten zijn een veelbelovende bron van synthetisch bruikbare katalytische omzettingen. Aangezien het actieve centrum van de meeste enzymen is opgebouwd uit meerdere potentiële katalytische groepen die kunnen dienen als zuren, basen of nucleofielen, zijn promiscue enzymactiviteiten waarschijnlijk wijdverspreid en gekoppeld aan het chemisch potentieel van het actieve centrum. Hierin liggen prachtige uitdagingen en kansen om op basis van mechanistische voorspellingen nieuwe promiscue activiteiten van enzymen te ontdekken die gebruikt kunnen worden als beginpunten voor de ontwikkeling van nieuwe biokatalysatoren.

Miao heeft onderzocht of het enzym 4-oxalocrotonaattautomerase (4-OT) katalytische promiscuïteit heeft voor koolstof-koolstofbindingvormende reacties. 4-OT katalyseert van nature enol-ketotautomerisatie reacties en heeft een karakteristieke katalytische N-terminale proline. Op basis van de aanwezigheid van deze nucleofiele proline in het actieve centrum van 4-OT, werd voorspeld en ontdekt dat 4-OT Michael-type addities van alifatische aldehydes aan nitrostyreenderivaten kan katalyseren. De producten van deze reacties zijn γ-nitroaldehydes, belangrijke chemische bouwstenen voor de productie van farmaceutisch relevante γ-aminoboterzuren (GABA derivaten) zoals phenibut (kalmeringsmiddel), baclofen (spierverslapper) en pregabaline (anti-epileptica). Naast deze Michael-type additiereacties ontdekte Miao dat 4-OT tevens inter- en intramoleculaire aldolreacties kan katalyseren.

Yufeng Miao promoveert aan de Rijksuniversiteit Groningen op onderzoek dat hij uitvoerde bij het Groningen Research  Institute of Pharmacy (GRIP) van de RUG. Het werd gefinancierd door het European Research Council (ERC). Inmiddels werkt hij als onderzoeker bij het Japan Science and Technology Agency (JST).

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/ce12337e-cfa6-4142-8cf7-5f5744af1aaa