Enzyme and Pathway Engineering for in vivo Production of Anticancer Noscapine Derivatives

体内生产抗癌那斯卡品衍生物的酶和途径工程

• 批准号: 9327700
• 负责人: James Thomas Payne
• 金额: $ 5.67万
• 依托单位: STANFORD UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9327700
• 关键词: Active Sites; Adverse effects; Alanine; Alkaloids; Anabolism; Antitussive Agents; Benzylisoquinolines; Biological; Chemicals; Clinical; Docking; Engineering; Enzymes; Escherichia coli; Fermentation; Homology Modeling; In Vitro; Investigation; Label; Malignant Neoplasms; Mentors; Mutagenesis; Nature; Noscapine; Pathway interactions; Production; Property; Protein Engineering; Recording of previous events; Research Personnel; Route; Saccharomyces cerevisiae; Testing; Training; Tyrosine; Work; Yeasts; analog; anticancer activity; combinatorial; design; drug development; enzyme biosynthesis; enzyme pathway; feeding; improved; in vivo; novel; novel therapeutics; skills; synthetic biology; tyrosine analog

PROJECT SUMMARY    Current cancer chemotherapeutics typically cause significant negative side effects;; novel chemotherapeutics  without such side effects are therefore highly sought after. The benzylisoquinoline alkaloid noscapine, which  has a long history of safe clinical use as an antitussive, is currently being investigated for anticancer properties  with far fewer side effects than current chemotherapeutics and has been prescribed off-­label for this purpose.  Use of noscapine as a cancer chemotherapeutic is hindered by low potency, but synthetic derivatives of  noscapine (noscapinoids), especially halogenated derivatives, have demonstrated significantly improved  activities. However, only a limited set of derivatives can be readily produced synthetically, and further improved  derivatives may still exist to be explored. Recently, engineered strains of Saccharomyces cerevisiae capable of  biosynthesizing noscapine have been developed, and this biosynthetic pathway could be expanded via  additional enzymes in order to provide ready access to noscapinoids, both those currently under investigation  as well as novel, potentially improved derivatives. While halogenating enzymes (halogenases) exist in nature,  no such halogenases are known to functionalize noscapine or related compounds. In this work I will utilize  protein engineering in order to generate engineered halogenases capable of functionalizing noscapine to  directly furnish halonoscapinoids. I will also engineer enzymes in the biosynthetic pathway of noscapine to  expand their substrate scopes to allow incorporation of derivatized substrates to afford access to an additional  range of noscapinoids not available via chemical or enzymatic synthesis. I will then perform pathway  engineering to combine these engineered enzymes with the heterologous noscapine biosynthetic pathway in  order to generate high value noscapinoids for biological characterization. This will ultimately furnish  biosynthetic routes to a range of noscapinoids with potential anticancer activity and will demonstrate the utility  of combining protein engineering with synthetic biology for novel drug development via combinatorial  biosynthesis. In addition, this proposal will allow me to apply and expand the skills I developed in protein  engineering during my graduate work while receiving training from my mentor and coworkers in pathway  engineering and synthetic biology in yeast.

项目摘要   当前的癌症化学治疗药通常会引起显着的负面副作用；新颖的化学治疗学 因此，没有这种副作用是高度意识的。苄基喹啉生物碱硝基胺，该生物碱 目前正在对Anticar特性进行研究 副作用比当前的化学治疗剂少得多，并且为此目的已开处方标签。 努斯卡汀用作癌症化学治疗性的使用受到低效力的阻碍，但合成衍生物的 Noscapine（Noscapins），特别是卤代衍生物，已显示出显着改善 活动。但是，只有一组有限的衍生品可以合成生产，并进一步改进 衍生物可能仍存在探索。最近，酿酒酵母的工程菌株能够 已经开发了生物合成的硝基胺，并且该生物合成途径可以通过 其他酶为了提供现有的noscapinoids的访问，这是当前正在投资的那些 以及新颖的，有可能改善的衍生物。虽然自然存在卤代酶（卤化酶），但 尚无此类卤代酶函数化硝基胺或相关化合物。在这项工作中，我将利用 蛋白质工程以生成能够使Noscapine官能化的工程卤化酶 直接提供halonoscapins。我还将在Noscapins的生物合成途径中设计酶 扩展其底物范围，以允许纳入衍生化的底物，以负担额外的访问权限 通过化学或酶促合成可用的noscapinoid范围。然后我将执行途径 工程学将这些工程酶与异源性noscapine生物合成途径相结合 为了产生高价值的noscapinoids进行生物学表征。这最终将提供 到具有潜在抗癌活性的一系列Noscapins的生物合成路线，并将证明该实用性 通过组合将蛋白质工程与合成生物学结合起来进行新型药物开发 生物合成。此外，该建议将使我能够应用和扩展我在蛋白质中发展的技能 在我的研究生工作期间的工程学，同时接受我的心理和同事的培训 酵母中的工程和合成生物学。