Rational design of 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type3 for improving testosterone production with an engineered Pichia pastoris

合理设计 化学 毕赤酵母 羟类固醇脱氢酶 生物转化 生物化学 活动站点 类固醇 催化作用 对接(动物) 组合化学 立体化学 脱氢酶 重组DNA 生物 医学 激素 遗传学 护理部 基因
作者
Juanjuan Ding,Shengping You,Jiaxing Zhang,Hongtao Zhang,Hui Wang,Wei Zhang,Wei Qi,Rongxin Su,Zhimin He
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:341: 125833-125833 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2021.125833
摘要

Abstract Testosterone (TS) is a critical androgenic steroid that regulates human metabolism and maintains secondary sexual characteristics. The biotransformation from 4-androstene-3,17-done (4-AD) to TS is limited by the poor catalytic activity of 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 3 (17β-HSD3). Herein, we explored the structural characteristics and catalytic mechanism of 17β-HSD3 and adopted the rational design strategy to improve its catalytic activity. Molecular docking and molecular dynamics simulations revealed the substrate-binding pocket and the binding mode of 4-AD to 17β-HSD3. We located the pivotal residues and regulated their hydrophobicity and polarity. The obtained G186R/Y195W variant formed additional electrostatic interaction and hydrogen bond with 4-AD, increasing the binding affinity between the variant and 4-AD. Therefore, the G186R/Y195W variant produced 3.98 g/L of TS, which increased to 297%. The combination of structural and mechanism resolution drives the implementation of the rational design strategy, which provides guidance for bioproduction of TS catalyzed by 17β-HSD3.
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