Engineering the activity of a newly identified arylalkylamine N‐acetyltransferase in the acetylation of 5‐hydroxytryptamine

乙酰化 乙酰转移酶 热稳定性 褪黑素 化学 产量(工程) 基质(水族馆) 突变体 生物化学 蛋白质工程 生物 基因 神经科学 冶金 材料科学 生态学
作者
Kaixin Wang,Congcong Li,Bo Yuan,Aiqun Yu,Ge Qu,Zhoutong Sun
出处
期刊:ChemBioChem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cbic.202400069
摘要

Abstract Arylalkylamine N ‐acetyltransferase (AANAT) serves as a key enzyme in the biosynthesis of melatonin by transforming 5‐hydroxytryptamine (5‐HT) to N ‐acetyl‐5‐hydroxytryptamine (NAS), while its low activity may hinder melatonin yield. In this study, a novel AANAT derived from Sus scrofa ( Ss AANAT) was identified through data mining using 5‐HT as a model substrate, and a rational design of Ss AANAT was conducted in the quest to improving its activity. After four rounds of mutagenesis procedures, a triple combinatorial dominant mutant M3 was successfully obtained. Compared to the parent enzyme, the conversion of the whole‐cell reaction bearing the best variant M3 exhibted an increase from 50 % to 99 % in the transformation of 5‐HT into NAS. Additionally, its catalytic efficiency ( k cat / K m ) was enhanced by 2‐fold while retaining the thermostability ( T m >45 °C). In the up‐scaled reaction with a substrate loading of 50 mM, the whole‐cell system incorporating variant M3 achieved a 99 % conversion of 5‐HT in 30 h with an 80 % yield. Molecular dynamics simulations were ultilized to shed light on the origin of improved activity. This study broadens the repertoire of AANAT for the efficient biosynthesis of melatonin.
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