Rational design of artificial metalloenzymes using protein metal complexes

利用蛋白质金属配合物合理设计人工金属酶

• 批准号: 21H01954
• 负责人: 藤枝 伸宇
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01954/
• 关键词: 人工金属酵素; タンパク質配位子; 立体分岐型合成; 不斉反応; 生体触媒

本研究では、活性中心が柔軟に変化する人為酵素の創製を目指し、第一配位圏や第二配位圏を多様化したタンパク質金属錯体を作製後、効率の高い錯体触媒をスクリーニングしていく。最終的に、活性中心の柔軟な動的変化と酵素活性の関係性に関する知見を明らかにすることを目標とする。具体的には、タンパク質金属錯体のマイケル付加反応などへの活性を観測しながら、触媒活性との相関関係を評価するとともに人為酵素の設計方法を構築する。構造解析や種々分光法で観測の可能な金属中心の位置転位を動的変化の一例として活性との関係に着目し、タンパク質金属錯体を詳細に機能解析していく。本年度では金属結合サイトを様々な配位構造や配位数に変化させ、金属との様々な結合様式によって、位置転位を含めた特異な反応場を構築する。これに加えて、変異導入位置がタンパク質骨格に対して固定されているため、空いた配位座(活性点)の配向も多様化される。つまり、金属中心への基質のアクセス方向も同時に変化させることが可能になると考えられる。昨年度では、第1段階のライブラリーを構築した。その結果、2-His-1-Gluをもつ変異体が高い立体選択性を示した。そこで本年度はこの変異体を中心に、第二配位圏への変異導入を行い、反応の選択性や効率をスクリーニングした。その結果、トリプトファンを導入した変異体において新たな水素結合ネットワークの導入に成功し、さらなる選択性や収率の向上が見られた。また、X線結晶構造において銅中心の位置遷移を明らかにした。

在这项研究中，我们的目标是创造出活性中心可以灵活变化的人工酶，并在创造出具有多样化的第一和第二配位层的蛋白质-金属配合物后，我们将筛选高效的配合物催化剂。最终，我们的目标是阐明活性中心的灵活动态变化与酶活性之间的关系。具体而言，我们将在观察迈克尔加成反应等中蛋白质-金属络合物的活性的同时，评估其与催化活性的相关性，并开发一种设计人工酶的方法。我们将通过结构分析和各种光谱方法观察金属中心的活性和位置错位之间的关系，作为动态变化的例子，对蛋白质-金属复合物进行详细的功能分析。今年，我们将把金属结合位点改变为各种配位结构和配位数，并通过与金属的各种键合模式创造独特的反应场，包括位置重排。另外，由于突变导入位置相对于蛋白质骨架是固定的，所以空的配位位点(活性位点)的方向也多样化。换句话说，认为可以同时改变基板到金属中心的接近方向。去年，我们建设了第一阶段图书馆。结果，具有2-His-1-Glu的突变体表现出高立体选择性。因此，今年，我们通过在第二配位层引入突变来关注这个突变体，并筛选反应的选择性和效率。结果，我们成功地在引入色氨酸的突变体中引入了新的氢键网络，并且观察到选择性和产率进一步提高。我们还揭示了 X 射线晶体结构中铜中心的位置转变。

项目成果

Stereoselective Synthesis with Small Protein as Metal Ligands

小分子蛋白质作为金属配体的立体选择性合成

• 发表时间: 2022
• 作者: Nambo Masakazu;Maekawa Yuuki;Crudden Cathleen M.;藤枝伸宇
• 通讯作者: 藤枝伸宇

立体分岐型マイケル付加反応を目指した人工金属酵素の創製

用于立体支化迈克尔加成反应的人造金属酶的创建

• 发表时间: 2022
• 作者: Ogbonna Sochi;Hazama Hisanao;Masuda Katsuyoshi;and Awazu Kunio;松本隆聖・吉岡紗穂・丸毛智史・湯浅美穂・藤枝伸宇
• 通讯作者: 松本隆聖・吉岡紗穂・丸毛智史・湯浅美穂・藤枝伸宇

立体分岐型マイケル付加反応を触媒する人工金属酵素の創製

创建催化立体支化迈克尔加成反应的人造金属酶

• 发表时间: 2022
• 作者: 一杉礼央;堀 顕子;Cathleen M. Crudden;松本隆聖・吉岡紗穂・丸毛智史・湯浅美穂・森田能次・藤枝伸宇
• 通讯作者: 松本隆聖・吉岡紗穂・丸毛智史・湯浅美穂・森田能次・藤枝伸宇

(205)ケトンの立体選択的水素化反応を触媒する人工金属酵素の創製

(205) 催化酮立体选择性氢化的人工金属酶的创建

• 发表时间: 2022
• 作者: Kobayashi Shuji;Kaneko Satoshi;Tamaki Takashi;Kiguchi Manabu;Tsukagoshi Kazuhito;Terao Jun;Nishino Tomoaki;中村亮介・酒田陽子・秋根茂久;石井俊宏・吉岡紗穂・松本隆聖・丸毛智史・小田原 駿・藤枝伸宇
• 通讯作者: 石井俊宏・吉岡紗穂・松本隆聖・丸毛智史・小田原 駿・藤枝伸宇

芳香族ケトンの立体選択的不斉水素化反応を触媒する人工金属酵素の開発

催化芳香酮立体选择性不对称氢化的人工金属酶的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Makizuka Taiki;Sowa Keisei;Shirai Osamu;Kitazumi Yuki;北澤想人・松本隆聖・森田能次・藤枝伸宇
• 通讯作者: 北澤想人・松本隆聖・森田能次・藤枝伸宇