J 2016

Engineering a de Novo Transport Tunnel

BREZOVSKÝ, Jan, Petra BABKOVÁ, Oksana DEGTJARIK, Andrea FOŘTOVÁ, Artur Wiktor GÓRA et. al.

Základní údaje

Originální název

Engineering a de Novo Transport Tunnel

Autoři

BREZOVSKÝ, Jan (203 Česká republika, domácí), Petra BABKOVÁ (203 Česká republika, domácí), Oksana DEGTJARIK (112 Bělorusko), Andrea FOŘTOVÁ (203 Česká republika, domácí), Artur Wiktor GÓRA (616 Polsko, domácí), L. IERMAK (804 Ukrajina), Petra ŘEZÁČOVÁ (203 Česká republika), Pavel DVOŘÁK (203 Česká republika, domácí), Ivana KUTÁ-SMATANOVÁ (203 Česká republika), Zbyněk PROKOP (203 Česká republika, domácí), Radka CHALOUPKOVÁ (203 Česká republika, domácí) a Jiří DAMBORSKÝ (203 Česká republika, garant, domácí)

Vydání

ACS Catalysis, WASHINGTON, AMER CHEMICAL SOC, 2016, 2155-5435

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10600 1.6 Biological sciences

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 10.614

Kód RIV

RIV/00216224:14310/16:00088545

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

UT WoS

000387306100036

Klíčová slova anglicky

transport tunnel; protein engineering; protein design; activity; specificity; substrate inhibition; stability; substrate binding; product release; water dynamics

Štítky

Změněno: 5. 4. 2017 13:35, Ing. Andrea Mikešková

Anotace

V originále

Transport of ligands between buried active sites and bulk solvent is a key step in the catalytic cycle of many enzymes. The absence of evolutionary optimized transport tunnels is an important barrier limiting the efficiency of biocatalysts prepared by computational design. Creating a structurally defined and functional “hole” into the protein represents an engineering challenge. Here we describe the computational design and directed evolution of a de novo transport tunnel in haloalkane dehalogenase. Mutants with a blocked native tunnel and newly opened auxiliary tunnel in a distinct part of the structure showed dramatically modified properties. The mutants with blocked tunnels acquired specificity never observed with native family members: up to 32 times increased substrate inhibition and 17 times reduced catalytic rates. Opening of the auxiliary tunnel resulted in specificity and substrate inhibition similar to those of the native enzyme and the most proficient haloalkane dehalogenase reported to date (kcat = 57 s–1 with 1,2-dibromoethane at 37 °C and pH 8.6). Crystallographic analysis and molecular dynamics simulations confirmed the successful introduction of a structurally defined and functional transport tunnel. Our study demonstrates that, whereas we can open the transport tunnels with reasonable proficiency, we cannot accurately predict the effects of such change on the catalytic properties. We propose that one way to increase efficiency of an enzyme is the direct its substrates and products into spatially distinct tunnels. The results clearly show the benefits of enzymes with de novo transport tunnels, and we anticipate that this engineering strategy will facilitate the creation of a wide range of useful biocatalysts.

Návaznosti

GAP207/12/0775, projekt VaV
Název: Strukturně-funkční vztahy haloalkan dehalogenas
Investor: Grantová agentura ČR, Structure-functional Relationships of Haloalkane Dehalogenases
GAP503/12/0572, projekt VaV
Název: Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentálního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím
Investor: Grantová agentura ČR, Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentlního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím
GA16-06096S, projekt VaV
Název: Objasnění významu dynamických tunelů pro enzymatickou katalýzu: simulace a fluorescenční experimenty
Investor: Grantová agentura ČR, Objasnění významu dynamických tunelů pro enzymatickou katalýzu: simulace a fluorescenční experimenty
LH14027, projekt VaV
Název: Nové koncepty a nástroje pro racionální design enzymů
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Nové koncepty a nástroje pro racionální design enzymů
LM2011028, projekt VaV
Název: RECETOX ? Národní infrastruktura pro výzkum toxických látek v prostředí
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, RECETOX Národní infrastruktura pro výzkum toxických látek v prostředí
LO1214, projekt VaV
Název: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí
MUNI/M/1888/2014, interní kód MU
Název: Pokročilé hybridní metody studia transportních procesů v proteinech a jejich využití v designu biokatalyzátorů
Investor: Masarykova univerzita, Pokročilé hybridní metody studia transportních procesů v proteinech a jejich využití v designu biokatalyzátorů, INTERDISCIPLINARY - Mezioborové výzkumné projekty