Modulating the cytochrome P450 system - CYP106A2 and various redox partners

Abstract

Cytochromes P450 are ubiquitous enzymes that are able to convert a diverse range of substrates. The role of redox proteins providing the electrons in the P450 system must be carefully sorted out to enable the specific conversion one aims for. The work overall reports on the different redox systems used specifically with the bacterial CYP106A2 for electron transfer. CYP106A2 is a well-characterized P450 from Bacillus megaterium and is usually paired with the bovine redox system of AdR and Adx(4-108). In a first approach, it was shown that the use of other redox systems alters the product pattern in the conversion of progesterone. These results were bioinformatically elucidated and backed up by further experiments. A second approach dealed with the possibilities to mutate Adx(4-108) so that high yields of the main product of the progesterone model conversion could be realized. The topic of the third approach was the fusion of the redox partners YkuN and Fpr. Long, rigid proline linkers outperformed the shorter proline ones and in general the flexible glycine ones and supported the conversion of model substrates. Finally, initial results on a fused NADPH-regeneration system as well as the promising results of co-immobilizations via Strep- und His-tag were added to demonstrate further possibilities of P450s and their redox partners.

Cytochrome P450 sind allgegenwärtige Enzyme, die eine Vielzahl von Substraten umwandeln können. Die Rolle der Elektronen-bereitstellenden Redoxproteine im P450-System muss sorgfältig recherchiert sein, um die angestrebte Umwandlung zu ermöglichen. Die Arbeit berichtet über unterschiedliche Redoxsysteme, die insbesondere beim bakteriellen CYP106A2 zur Elektronenübertragung zum Einsatz kommen. CYP106A2 ist ein gut charakterisiertes P450 aus Bacillus megaterium und wird üblicherweise mit dem bovinen Redoxsystem von AdR und Adx(4-108) verwendet. Im ersten Ansatz konnte gezeigt werden, dass die Verwendung anderer Redoxsysteme das Produktmuster bei der Umsetzung von Progesteron verändert. Diese Ergebnisse wurden bioinformatisch erklärt und durch weitere Experimente untermauert. Der zweite Ansatz befasste sich mit den Möglichkeiten, Adx(4-108) so zu mutieren, dass hohe Ausbeuten des Hauptprodukts der Progesteron-Modellumwandlung realisiert werden können. Thema des dritten Ansatzes war die Fusion der Redoxpartner YkuN und Fpr. Lange, starre Prolin-Linker übertrafen die kürzeren Prolin-Linker und generell die flexiblen Glycin-Linker und unterstützten die Umwandlung der Modellsubstrate. Erste Experimente bezüglich der Erzeugung eines fusionierten NADPH-Regenerationssystems sowie vielversprechende Ergebnisse von Co-Immobilisierungen über Strep- und His-Tag wurden hinzugefügt, um weitere Möglichkeiten von P450s und ihren Redoxpartnern aufzuzeigen.