高難度物質変換を指向した細胞表面提示バイオハイブリッド触媒の進化型構築

用于高难度材料转化的细胞表面展示生物杂化催化剂的进化构建

基本信息

批准号：
18J20249
负责人：
加藤俊介
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、芳香族C－H結合官能基化反応において触媒活性を示すCp*Rh錯体(III)と、β-バレルタンパク質であるニトロバインディン（NB)とを組み合わせたバイオハイブリッド触媒（NB-Rh）の開発に取り組んでいる。令和2年度の主要な研究成果として、前年度に確立した新規ハイスループットスクリーニング（HTS）手法を活用し、指向性進化法(directed evolution)によるバイオハイブリッド触媒NB-Rhの改変に取り組んだことが特筆される。特に、ラット肝臓由来の脂肪酸結合タンパク質（FABP）のhelix-loop-helix（HLH）ドメインをニトロバインディンのβ-バレル構造へと導入したキメラ型タンパク質反応場を創出し、指向性進化法を適用することで、芳香族C－H結合官能基化反応において高い触媒活性を示すバイオハイブリッド触媒を開発することに成功した。指向性進化法により得られた本バイオハイブリッド触媒変異体は、芳香族C－H結合活性化を経由するアセトフェノンオキシムとアルキンの付加環化反応において、変異導入前と比較して40倍以上の触媒反応効率（kcat/KM）を示すことが判明した。また、本バイオハイブリッド触媒変異体において、基質であるアセトフェノンオキシムに対するKM値の大幅な減少が見られたことから、Cp*Rh(III)錯体を包括するHLHドメインをニトロバインディンへ導入したことで、活性中心の疎水性化合物との親和性が向上したことが判明した。

在这项研究中，我们开发了一种生物混合催化剂（NB-Rh）。作为2020财年的一项重大研究成果，我们利用前一年建立的新的高通量筛选（HTS）方法，通过定向进化对生物杂化催化剂NB-Rh进行了特别提及。特别是，我们通过将大鼠肝源性脂肪酸结合蛋白（FABP）的螺旋-环-螺旋（HLH）结构域引入硝基结合蛋白的β-桶结构中，创建了嵌合蛋白反应场，并应用定向进化方法。通过这样做，我们成功开发了一种生物杂化催化剂，该催化剂在芳香族 C-H 键功能化反应中表现出高催化活性。通过定向进化方法获得的这种生物杂化催化剂突变体在催化苯乙酮肟和炔烃通过芳族C-H键活化的环加成反应方面比引入突变之前的反应效率提高了40倍以上。）被显示。此外，在该生物杂化催化剂突变体中，观察到底物苯乙酮肟的KM值显着降低，发现活性中心与疏水性化合物的亲和力得到改善。