Gerichtete Evolution von Häm-Proteinen für selektive Zyklisierungen

• Antragsteller: Dr. Grzegorz Kubik
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313888180

Im Rahmen dieses Projektes werden Enzymkatalysatoren für die Herstellung einer großen Vielfalt von heterocyclischen Verbindungen, die von großer Bedeutung in vielen Pharmazeutika sind, entwickelt. Das Grundprinzip dieser Methode besteht darin die, in der enzymatischen Insertion von Carbenoiden und Nitrenoiden in Heteroatom-Wasserstoff-Bindungen, intermediär gebildeten Ylide mit Elektrophilen abzufangen. Dazu wird zunächst der erforderliche Umfang der Einschubreaktionen an Heteroatom-Wasserstoff-Bindungen durch gerichtete Evolution von Cytochrom P450 erzeugt werden. Als nächstes werden die Enzymvarianten weiter manipuliert werden, um die Abfangreaktion zu bevorzugen, hierbei werden drei unterschiedliche elektrophile Gruppen untersucht werden. Die Vorteile von Enzymen als Katalysatoren sind durch die hohe Selektivität, die regelmäßig erzielt wird, und die Möglichkeit solche Enzyme zur Selektivitätssteuerung neu zu gestalten, zum Beispiel Schalten der Selektivität von einem Enantiomer zum anderen, definiert. Weiterhin können in der Regel milde und umweltfreundliche Reaktionsbedingungen angewendet werden, was eine nachhaltige Alternative zu aktuellen Synthesemethoden darstellt. Im Rahmen dieses Projektes können auch neue Einblicke in Ylidbildung, -stabilität und -reaktionsfähigkeit gewonnen werden, welche ein detailliertes Verständnis bezüglich der Steuerung der Reaktivität erlauben könnten. Ein sehr interessanter Aspekt ist, dass für einige der Abfangreaktionen ein spektroskopischer Hochdurchsatz-Assay aufgesetzt werden kann, um die Reaktion zu verfolgen. Dies wird das Screening von Enzymbibliotheken mit zufälligen Mutationen über die gesamte Aminosäuresequenz ermöglichen. Bisherige Untersuchungen von P450 Bibliotheken haben sich hauptsächlich auf Mutationen am aktiven Zentrum beschränkt, da ein solcher Assay nicht zugänglich war. Daher können in diesem Projekt völlig unbekannte Struktur-Wirkungs-Beziehungen in Teilen von P450, die nicht unmittelbar an der Bildung der katalytischen Tasche beteiligt sind, entdeckt und untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Frances H. Arnold, Ph.D.