Flavocytochrome P450 BM3 engineering for scalable P450 reactions

用于可扩展 P450 反应的黄细胞色素 P450 BM3 工程

基本信息

  • 批准号:
    BB/I016082/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Training Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2011 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Generation of oxyfunctionalized organic chemicals with regio/stereoselective introduction of oxygen atoms is highly desirable for industrial manufacture of high value chemicals, e.g. costly intermediates, drug metabolism standards, bioactive lipids, steroids etc. However, traditional methods are chemically challenging with significant problems associated with lack of positional selectivity, use of harsh reagents and processing. Enzyme chemistry offers alternatives to such synthetic approaches, and cytochrome P450 (P450) monooxygenases, in particular, can introduce oxygen atoms into substrates with a high degree of regio- and stereoselectivity. The major aim of this CASE studentship proposal is to engineer a high activity P450-P450 reductase fusion enzyme (flavocytochrome P450 BM3; BM3) to perform specific oxygenations leading to high value synthetic intermediates and oxygenated products for biotechnological exploitation, as described below: BM3 is an ideal P450 system for biotechnological applications. It is a soluble, single component enzyme with activity ~1000-fold that of multicomponent, membrane-bound eukaryotic P450 systems. We have a firm understanding of BM3's structure and residues controlling substrate selectivity/catalysis. Preceding studies from Munro and other groups have proven its 'malleability' and the ability to re-engineer its substrate selectivity and catalytic properties by both rational mutagenesis and semi-random directed evolution with screening for desired activities. This project aims to isolate BM3 variants that catalyse enantio- and regioselective hydroxylations of active pharmaceutical ingredients and/or their intermediates. Hydroxylations will be focused at positions of medium activation, such as benzylic, allylic and tertiary carbon centres. Important targets include terminal alkenes, and the development of selective BM3 mutants for either epoxidation or allylic hydroxylation. In these cases, we will use enzymes with or without F87G mutations, where the Phe87 phenyl side chain protects the terminal C=C double bond and favours hydroxylation at the adjacent carbon. The following approaches will be used: At Manchester, the student will investigate substrate-binding and turnover using an existing panel of BM3 point mutants, and employing pre-existing libraries of mutants (typically 1-2 residues changed per mutant) in different P450 regions known as substrate recognition sequences (SRS) that line the active site and contain substrate interacting residues. Libraries will be screened using BBSRC-sponsored robotic facilities at Manchester, and using expression cell extracts and optical/fluorescence screens based on (i) substrate-dependent NADPH oxidation and (ii) substrate-linked oxygen consumption by 'OxoPlate' technology, that we have already validated using model substrates. Mutants with desired activities will be validated using substrate binding (by heme absorbance, ITC) and turnover assays. Beneficial mutations will be combined (e.g. with ones from other SRS regions) and secondary screens used as appropriate to further optimize substrate recognition/turnover. Heme (P450) domains of relevant mutants will be purified/crystallized, enabling their structural elucidation in substrate-bound forms to rationalize binding mode and to allow further 'polishing' by rational mutagenesis to improve the desired reactions. Optimized mutants will be analyzed for efficiency of product formation at Pfizer, using both in vitro (pure enzyme) and cell culture systems, leading to studies of product profiles, system optimization and scale-up to generate quantities of desired oxy-products in amounts suited to industrial applications. The student will receive a broad training in protein engineering, enzyme biochemical, biophysical & structural analysis; combined with organic chemical characterization and industrial scale-up technology to facilitate biotechnological applications for the targeted oxygenated products.
具有氧原子的区域/立体选择性引入的氧官能化有机化学品的生成对于高价值化学品的工业制造是非常期望的,例如昂贵的中间体、药物代谢标准品、生物活性脂质、类固醇等。然而,传统方法在化学上具有挑战性,具有与缺乏位置选择性、使用苛刻试剂和加工相关的显著问题。酶化学提供了这种合成方法的替代方案,特别是细胞色素P450(P450)单加氧酶,可以以高度的区域和立体选择性将氧原子引入底物中。该CASE学生奖学金提案的主要目的是设计一种高活性P450-P450还原酶融合酶(flavocytochrome P450 BM 3; BM 3),以执行特定的氧化作用,从而产生高价值的合成中间体和含氧产品,用于生物技术开发,如下所述:BM 3是生物技术应用的理想P450系统。它是一种可溶性的单组分酶,其活性是多组分膜结合真核P450系统的约1000倍。我们对BM 3的结构和控制底物选择性/催化作用的残基有着深刻的理解。Munro和其他小组的先前研究已经证明了它的“延展性”以及通过合理诱变和半随机定向进化筛选所需活性来重新设计其底物选择性和催化性质的能力。该项目旨在分离催化活性药物成分和/或其中间体的对映体和区域选择性羟基化的BM 3变体。羟基化将集中在中等活化的位置,如苄基,烯丙基和叔碳中心。重要的目标包括末端烯烃,和选择性的BM 3突变体的环氧化或烯丙基羟基化的发展。在这些情况下,我们将使用具有或不具有F87 G突变的酶,其中Phe 87苯基侧链保护末端C=C双键并有利于在相邻碳上的羟基化。将使用以下方法:在曼彻斯特,学生将使用现有的BM 3点突变体面板研究底物结合和营业额,并在不同的P450区域中使用预先存在的突变体库(通常每个突变体改变1-2个残基),称为底物识别序列(SRS),其排列在活性位点并包含底物相互作用残基。将使用BBSRC赞助的曼彻斯特机器人设施,并使用表达细胞提取物和基于(i)底物依赖性NADPH氧化和(ii)通过“OxoPlate”技术的底物相关耗氧量的光学/荧光筛选文库,我们已经使用模型底物进行了验证。将使用底物结合(通过血红素吸光度,ITC)和转换试验验证具有所需活性的突变体。将组合有益突变(例如,与来自其他SRS区域的突变),并酌情使用二次筛选,以进一步优化底物识别/转换。相关突变体的血红素(P450)结构域将被纯化/结晶,使得它们能够以底物结合形式进行结构阐明,以使结合模式合理化,并允许通过合理诱变进一步“抛光”,以改善所需的反应。优化的突变体将在Pfizer使用体外(纯酶)和细胞培养系统分析产品形成的效率,从而研究产品概况、系统优化和规模扩大,以产生适合工业应用的量的所需氧产物。学生将接受蛋白质工程,酶生物化学,生物物理和结构分析方面的广泛培训;结合有机化学表征和工业放大技术,以促进目标含氧产品的生物技术应用。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

底物杂泛性的P450氧化酶的理性改造及其在倍半萜C-H键活化中的应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
白腐真菌Pleurotus ostreatus细胞色素P450酶在药物活性化合物降解中的作用与机制研究
  • 批准号:
    2025JJ50102
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于细胞色素P450/PPAR/ROS信号通路探究丹参酮IIA 抑制骨丢分子机理
  • 批准号:
    JCZRLH202500148
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
P450酶定向进化实现紫杉醇前体高选择性合成及其机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
酸性磷酸酶与细胞色素P450还原酶协同驱动微藻降解有机磷过程及作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
槲皮素通过 P450/BCL2/Beclin1 促进线粒体自 噬调控 M1/M2 缓解炎性损伤改善心肌缺血再 灌注损伤的机制研究
  • 批准号:
    LSSY24H020004
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
P450酶介导茶翅蝽聚集信息素生物合成的分子机制
  • 批准号:
    32360665
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
新型细胞色素P450 2D6(CYP2D6)变异体的功能及其酶动力学特征研究
  • 批准号:
    LTGC23H310001
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
细胞色素P450基因CYP81E介导稗草抗ACCase抑制剂类除草剂的分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
气味降解相关的P450基因介导白背飞虱定位水稻的分子机制研究
  • 批准号:
    32370527
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

多機能型P450酵素MycGの多彩な触媒能の天然医薬資源への利用に向けた研究
利用多功能 P450 酶 MycG 的多种催化能力作为天然药物资源的研究
  • 批准号:
    24K09882
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
ツパイにおけるチトクロム P450 の同定・解析
树鼩细胞色素P450的鉴定与分析
  • 批准号:
    24KJ1840
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
シトクロムP450を利用した骨粗鬆症治療薬「ED-71」の環境低負荷型合成法の開発
利用细胞色素P450开发骨质疏松症治疗药物“ED-71”的环保合成方法
  • 批准号:
    24K17673
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
P450-Catalyzed Enantioselective Radical Reactions Involving 1,5-Hydrogen Atom Transfer
P450 催化的涉及 1,5-氢原子转移的对映选择性自由基反应
  • 批准号:
    23K13737
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
変異型シトクロムP450を分子認識素子として用いる低分子バイオマーカー測定法の開発
使用突变细胞色素P450作为分子识别元件开发小分子生物标志物测量方法
  • 批准号:
    23K06898
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
褐色腐朽菌の非酵素的木材分解反応におけるシトクロムP450によるトリガー分子の生成
褐腐真菌非酶木材分解反应中细胞色素 P450 产生触发分子
  • 批准号:
    23K13997
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
CAREER: Chemoenzymatic Total Synthesis of Terpenoids via P450 Catalysis
职业:通过 P450 催化化学酶法全合成萜类化合物
  • 批准号:
    2325114
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
3次元培養法を用いたシトクロムP450を介した薬物相互作用評価
使用 3D 培养方法评估细胞色素 P450 介导的药物相互作用
  • 批准号:
    23K14405
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Regulation and Consequences of Cytochrome P450 2E1
细胞色素 P450 2E1 的调节和后果
  • 批准号:
    10713697
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
Novel Strategies in Light-driven P450 Enzymes
光驱动 P450 酶的新策略
  • 批准号:
    10410303
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 11.71万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了