醇脱氢酶TbSADH半理性设计影响合成重要医药中间体(S)-(4-氯苯基)吡啶-2-甲醇的研究

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基本信息

  • 批准号:
    31700698
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

(S)-2-(4-Chlorophenyl)pyridylmethanol, an important medical intermediate in the synthesis of antihistamine drugs S-Carbinoxamine and Bepotastine besilate, is mainly synthesized by chemical methods which has resulted in lots of environmental problems. Since the poorly catalytic efficiency and stereoselectivity of reported biocatalysts cannot be applied to pharmaceutical synthesis, in this project, a new biocatalytic reaction intends to be designed which would convert achiral ketone to (S)-2-(4-Chlorophenyl)pyridylmethanol by an engineered alcohol dehydrogenase TbSADH that has been chosen due to its high thermostability. Assisted by molecular docking and molecular dynamic(MD) simulation based on X-ray structure, the key residues lining the binding pocket of TbSADH were chosen and subjected to engineering by Triple code saturation mutagenesis (TCSM) to accept and efficiently catalyze the substrate 4-chlorophenyl-2-pyridyl ketone to high ee chiral alcohol. X-ray crystal structures and MD simulation studies of the mutants unveiled the source of stereoselectivity and shed light on the mechanistic intricacies of this enzyme and provide theoretical and practical guidance for same type of enzyme reaction and engineering.
(S)-(4-氯苯基)吡啶-2-甲醇是重要医药中间体,可用来合成抗组胺类药物卡比沙明和苯磺酸贝他斯汀。目前主要是由高污染的化学法合成。虽然有生物法研究,但其催化效率和立体选择远达不到用于药物合成的要求。本研究拟采用半理性设计定向进化新技术对耐热醇脱氢酶TbSADH进行改造,基于其晶体结构,通过分子模拟和对接分析,对TbSADH底物结合口袋氨基酸残基进行分析,寻找阻碍其催化前手性酮底物的位阻氨基酸和影响手性选择的关键残基,采用三密码子饱和突变方法(TCSM)对其进行设计和改造,使其接受二芳基类底物4-氯苯基-2-吡啶基-甲酮,不对称高效合成高ee值手性醇产物。通过突变体晶体结构解析和分子动力学模拟,解析底物结合口袋重塑与催化效率和立体选择之间的分子机制,为同类型催化反应和酶分子改造研究提供理论和实践指导。

结项摘要

(S)-(4-氯苯基)吡啶-2-甲醇是重要医药中间体,可以用来合成抗组胺类药物卡比沙明和苯磺酸贝他斯汀等。但目前主要是化学法合成,污染大,劳动保护要求高。虽然有生物法在研究,但其催化效率和立体选择性远远达不到用于药物合成的要求。本研究将采用半理性设计等定向进化新技术对耐热醇脱氢酶TbSADH进行改造,基于其晶体结构,通过分子动力学模拟和分子对接分析对工业感兴趣用酶嗜热醇脱氢酶TbSADH进行改造,建立“small but smart”高质量突变体文库及虚拟突变体筛选技术,有效减少筛选工作量,构建和筛选可以不对称催化还原目的底物(4-氯苯基)(2-吡啶基)甲酮为(S)-(4-氯苯基)吡啶-2-甲醇的高性能突变体,可实现(S)-型产物ee值>99%,转化率98%,具有一定的工业应用前景。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Conformational Dynamics-Guided Loop Engineering of an Alcohol Dehydrogenase: Capture, Turnover and Enantioselective Transformation of Difficult-to-Reduce Ketones
醇脱氢酶的构象动力学引导环工程:难还原酮的捕获、周转和对映选择性转化
  • DOI:
    10.1002/adsc.201900249
  • 发表时间:
    2019-07-02
  • 期刊:
    ADVANCED SYNTHESIS & CATALYSIS
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Liu, Beibei;Qu, Ge;Sun, Zhoutong
  • 通讯作者:
    Sun, Zhoutong
Laboratory evolution of an alcohol dehydrogenase towards enantioselective reduction of difficult-to-reduce ketones
醇脱氢酶对难以还原酮的对映选择性还原的实验室进化
  • DOI:
    10.1186/s40643-019-0253-9
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Bioresources and Bioprocessing
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Qu Ge;Liu Beibei;Jiang Yingying;Nie Yao;Yu Huilei;Sun Zhoutong
  • 通讯作者:
    Sun Zhoutong
2018诺贝尔化学奖:酶定向进化与噬菌体展示技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曲戈;张锟;蒋迎迎;孙周通
  • 通讯作者:
    孙周通
Methodology Development in Directed Evolution: Exploring Options when Applying Triple-Code Saturation Mutagenesis
定向进化中的方法学开发:探索应用三重编码饱和诱变时的选择
  • DOI:
    10.1002/cbic.201700562
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ChemBioChem
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Qu Ge;Lonsdale Richard;Yao Peiyuan;Li Guangyue;Liu Beibei;Reetz Manfred T;Sun Zhoutong
  • 通讯作者:
    Sun Zhoutong

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其他文献

机器学习助力酶定向进化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋迎迎;曲戈;孙周通
  • 通讯作者:
    孙周通

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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