Mutability-landscape guided enzyme engineering

Improving the promiscuous C-C bond-forming activities of 4-oxalocrotonate tautomerase

Groenere en efficiëntere medicijnproductie dankzij ontwikkeling enzym

Enzymen spelen niet alleen in de natuur een cruciale rol, ze worden ook steeds vaker in de (bio-)technologie toegepast. Door combinaties te maken van gunstige mutaties, heeft Jan Ytzen van der Meer een variant ontwikkeld van het enzym 4-OT met twee mutaties die gebruikt kan worden voor de productie van de farmaceutische relevante spiegelbeeldisomeren van GABA-analogen, een klasse van medicijnen die werkt op het zenuwstelsel.

Bekende voorbeelden van industrieel gebruik van enzymen zijn te vinden in de wasmiddeltechnologie, maar ook bij de synthese van ingewikkelde moleculen zoals medicijnen. De enzymen kunnen een groen alternatief zijn voor traditionele katalysatoren, maar kunnen ook vaak zeer efficiënt en selectief reacties katalyseren. Om te blijven voldoen aan de vraag naar nieuwe enzymen kan gekeken worden naar promiscue enzymatische activiteiten. Dit zijn activiteiten die een enzym ook heeft naast de biologisch relevante. Zo’n promiscue activiteit kan vervolgens worden verbeterd door middel van ‘enzyme engineering’ totdat er een nieuw enzym ontwikkeld is die gespecialiseerd is in die promiscue activiteit.

Van der Meer heeft dit gedaan met het enzym 4-oxalocrotonaat tautomerase (4-OT). Hij heeft de promiscue Michael-type additieactiviteit en enantioselectiviteit van 4-OT zodanig verbeterd dat dit enzym gebruikt kan worden in de synthese van beide spiegelbeeldisomeren van GABA-analogen. Hiertoe heeft hij voor een uitzonderlijke aanpak gekozen, waarbij het effect van bijna alle mogelijke enkelvoudige mutaties in 4-OT op de promiscue activiteit en enantioselectiviteit in kaart zijn gebracht. In de resulterende ‘mutabiliteitslandschappen’ zijn alle positieve, neutrale en negatieve effecten van deze mutaties te vinden. Door combinaties te maken van gunstige mutaties, heeft Van der Meer een 4-OT variant ontwikkeld met twee mutaties die gebruikt kan worden voor de productie van de farmaceutische relevante spiegelbeeldisomeren van GABA-analogen.

Jan Ytzen van der Meer promoveert aan de RUG op onderzoek dat hij uitvoerde bij de afdeling Farmaceutische Biologie van het instituut GRIP. Het werd gefinancierd door NWO en ERC. Inmiddels werkt hij als biochemisch onderzoeker bij Aspen Oss BV. In maart 2015 publiceerde Van der Meer, zijn promotor Gerrit Poelarends e.a. in Nature Communications. Meer hierover op www.rug.nl/fse/news/2016/re-engineering-a-tiny-enzyme.

Promotors: Prof.dr. W.J. Quax en Prof.dr. G.J. Poelarends

Proefschrift