Auditorium of the RUG
Design and directed evolution of enzymes for iminium biocatalysis Event

Design and directed evolution of enzymes for iminium biocatalysis

Period:
- 9:00
Promotion
Auditorium of the RUG Broerstraat 5, Groningen

The application of biocatalysis in conquering challenging synthesis requires the constant input of new enzymes. This thesis used directed evolution guided by catalytic promiscuity to develop a series of enzymes to perform iminium catalysis, a powerful catalysis mode originating from organocatalysis. Three such iminium biocatalysts have been created: a cofactor-independent peroxygenase achieving enantiocomplementary epoxidation reactions, and two efficient Michaelases, one based on a class I aldolase DERA and the other one based on an artificially tandem-fused tautomerase enzyme. These developments illustrate the power of combining chemomimetic enzyme design and directed evolution to create synthetically useful new-to-natural enzymes.

PhD student

G. (Guangcai) XU

Promotors

prof. dr. G.J. Poelarends; prof. dr. W.J. Quax

  • Traditioneel worden enzymen gezien als zeer gespecialiseerde katalysatoren die gevormd worden door natuurlijke evolutie. Ze vertonen echter vaak activiteiten ten aanzien van niet-natuurlijke substraten en bevorderen verschillende soorten reacties, die respectievelijk bekend staan als substraat en katalytische promiscuïteit. Het promiscue kenmerk van enzymen wordt door zowel de academische wereld als de industrie erkend als een belangrijke bron voor de ontwikkeling van nieuwe enzymen die geschikt zijn voor menselijke doeleinden. Deze ontwikkelingen worden ook sterk aangedreven door gerichte evolutie, een belangrijke technologie voor eiwit-engineering die natuurlijke evolutie nabootst door middel van iteratieve cycli van mutagenese en selectie. Substraatpromiscuïteit gecombineerd met gerichte evolutie heeft geleid tot de geboorte van vele industrieel toepasbare enzymen voor de productie van geneesmiddelen zoals atorvastatine, montelukast, sitagliptine en islatravir. Bovendien heeft katalytische promiscuïteit in combinatie met gerichte evolutie bijgedragen aan de ontwikkeling van nieuwe enzymen die de vele door mensen uitgevonden, synthetisch belangrijke transformaties kunnen katalyseren.

    In zijn proefschrift heeft Xu gebruikgemaakt van gerichte evolutie geleid door katalytische promiscuïteit om een reeks enzymen te ontwikkelen die iminiumkatalyse uitvoeren, een zeer veelzijdige en bruikbare katalysemethode die voortkomt uit organokatalyse, uitgevonden door chemici.

    Er zijn drie van dergelijke iminium-biokatalysatoren gecreëerd: een cofactor-onafhankelijk peroxygenase die enantiocomplementaire epoxidatiereacties mogelijk maakt, en twee efficiënte Michaelasen, één gebaseerd op een klasse I aldolase DERA en de andere gebaseerd op een kunstmatig tandem-gefuseerd tautomerase-enzym. Deze ontwikkelingen illustreren de kracht van het combineren van chemomimetisch enzymontwerp en gerichte evolutie om synthetisch bruikbare niet-natuurlijke enzymen te creëren.

    Curriculum Vitae

    Guangcai Xu (1991) studeerde Biochemie aan de Universiteit van Liverpool, Verenigd Koninkrijk. Daarna werkte hij vier jaar in de biokatalyse-industrie in Suzhou, China. Zijn promotieonderzoek vond plaats bij de afdeling Chemische en Farmaceutische Biologie van het Groningen Research Institute of Pharmacy. Momenteel is hij werkzaam als postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan het Manchester Institute of Biotechnology, van de Universiteit van Manchester, Verenigd Koninkrijk. De titel van zijn proefschrift luidt: Design and directed evolution of enzymes for iminium biocatalysis.

    Promotoren

    prof. dr. G.J. Poelarends; prof. dr. W.J. Quax