Exploring the Potential of Cytochrome P450 CYP109B1 Catalyzed Regio—and Stereoselective Steroid Hydroxylation

羟基化 铁氧还蛋白 化学 选择性 类固醇 立体选择性 立体化学 细胞色素 细胞色素P450 酶 氧化还原 生物催化 组合化学 催化作用 生物化学 有机化学 反应机理 激素
作者
Xiaodong Zhang,Yun Fu Hu,Wei Jun Peng,Chenghua Gao,Qiong Xing,Binju Wang,Aitao Li
出处
期刊:Frontiers in Chemistry [Frontiers Media]
卷期号:9: 649000-649000 被引量:30
标识
DOI:10.3389/fchem.2021.649000
摘要

Cytochrome P450 enzyme CYP109B1 is a versatile biocatalyst exhibiting hydroxylation activities toward various substrates. However, the regio- and stereoselective steroid hydroxylation by CYP109B1 is far less explored. In this study, the oxidizing activity of CYP109B1 is reconstituted by coupling redox pairs from different sources, or by fusing it to the reductase domain of two self-sufficient P450 enzymes P450RhF and P450BM3 to generate the fused enzyme. The recombinant Escherichia coli expressing necessary proteins are individually constructed and compared in steroid hydroxylation. The ferredoxin reductase (Fdr_0978) and ferredoxin (Fdx_1499) from Synechococcus elongates is found to be the best redox pair for CYP109B1, which gives above 99% conversion with 73% 15β selectivity for testosterone. By contrast, the rest ones and the fused enzymes show much less or negligible activity. With the aid of redox pair of Fdr_0978/Fdx_1499, CYP109B1 is used for hydroxylating different steroids. The results show that CYP109B1 displayed good to excellent activity and selectivity toward four testosterone derivatives, giving all 15β-hydroxylated steroids as main products except for 9 (10)-dehydronandrolone, for which the selectivity is shifted to 16β. While for substrates bearing bulky substitutions at C17 position, the activity is essentially lost. Finally, the origin of activity and selectivity for CYP109B1 catalyzed steroid hydroxylation is revealed by computational analysis, thus providing theoretical basis for directed evolution to further improve its catalytic properties.
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