Charakterisierung des Potentials ausgewählter Monooxygenasen von Sorangium cellulosum So ce56 zur Biosynthese komplexer Verbindungen und Analyse der Reaktionsmechanismen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Rita Bernhardt
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209236536

Wir haben alle 21 Cytochrome P450 (CYPs) aus Sorangium cellulosum So ce56 identifiziert und cloniert. Das Ziel der ersten Projektphase war es (i) neue Reaktionstypen der CYPs aus neuen CYP Familien zu identifizieren, (ii) die Funktion neuer CYPs zu untersuchen, (iii) CYPs mit potentiell interessanten physiologischen Funktionen zu studieren und (iv) Einblick in die strukturelle Basis von Reaktionsmechanismen myxobakterieller CYPs zu erlangen.Folgende Ergebnisse wurden erhalten:1) Die erste bisher bekannte Steroid-1alpha-Hydroxylase (CYP260A1) wurde charakterisiert; deren 3D-Strukturaufklärung ist in Arbeit. 2) So ce56 CYPs sind effiziente und hochselektive Terpenhydroxylasen und stellen damit neue, interessante Tools für die Terpendekoration dar.3) Für die Epothilonoxidation wurde ein hocheffizientes Redoxsystem etabliert und neue Reaktionen an Epothilonen mit CYPs von So ce56 wurden identifiziert und charakterisiert.4) So ce56 CYPs sind effiziente Arzneimittelhydroxylierer, die die gleichen Produkte liefern wie humane Leber-CYPs.Folgende offene Fragen blieben:1) Obwohl es erstmals gefunden wurde, dass myxobakterielle CYPs Norisoprenoide und Sesquiterpene umsetzen können, ist ihr Substratraum noch nicht ausreichend untersucht worden, um die Breite der katalysierten Reaktionen zu verstehen. Das Verständnis von Struktur-Funktions-Beziehungen von darin involvierten CYPs (CYP260A1, CYP264B1) könnte dazu beitragen, eine Toolbox für verschiedene Typen von Terpenhydroxylierungen zu etablieren. Das ist von besonderem Interesse, da der größte Teil der ~14,000 Sesquiterpene oxidiert ist, meist infolge von CYP-katalysierten Reaktionen.2) Im Zusammenhang damit sollen die Charakterisierung der 2 bisher nicht charakterisierten Sesquiterpencyclasen, die im Genom von S. cellulosum So ce56 gefunden wurden, und Studien zu deren Rolle bei der Dekoration von Terpenen beendet werden.3) Basierend auf vorliegenden Röntgendaten sollen die 3D Strukturen von CYP260A1 (erste Steroid-1alpha-Hydroxylase) und CYP260B1 (katalysiert die Hydroxylierung von 11-Desoxycortisol u.a. Steroiden mit niedrigerer Selektivität) aufgeklärt werden, um bessere Einsicht in die strukturelle Basis von Steroidhydroxylierungen durch diese bakteriellen CYPs zu erhalten. Die 3D Struktur von CYP109D1 soll auch gelöst und mit funktionellen Daten (u.a. von Mutanten) korreliert werden.4) Eine chemo-enzymatische Synthese eines neuen Androstenedion-Derivats soll erfolgen, das als Aromatase-Inhibitor (und damit für die Behandlung von Brustkrebs) Bedeutung erlangen könnte. Durch diesen Ansatz soll ein innovativer Weg zur Nutzung dieser bakteriellen CYPs eröffnet werden könnte.Für alle Ziele wurden bereits fundamentale Ergebnisse erhalten, die jedoch der Komplettierung, u.a. durch zusätzliche Experimente und Datenprozessierung zur Strukturaufklärung, bedürfen, um das Gesamtprojekt erfolgreich abschließen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen