Engineering a Prokaryotic Non-P450 Hydroxylase for 3′-Hydroxylation of Flavonoids

化学 羟基化 生物化学 计算生物学 生物
作者
Hongyan Wang,Shiyu Wang,Jia Wang,Xiaolin Shen,Xudong Feng,Shuguang Yuan,Xinxiao Sun,Qipeng Yuan
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (11): 3865-3873 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00430
摘要

Plant-derived cytochrome P450-dependent flavonoid 3′-hydroxylases are the rate-limiting enzymes in flavonoid biosynthesis. In this study, the large component (HpaB) of a prokaryotic 4-hydroxyphenylacetate (4-HPA) 3-hydroxylase was engineered for efficient 3′-hydroxylation of naringenin. First, we selected four HpaBs through database search and phylogenetic analysis and compared their catalytic activities toward 4-HPA and naringenin. HpaB from Rhodococcus opacus B-4 (RoHpaB) showed better preference toward naringenin. To elucidate the underlying mechanism, we analyzed the structural differences of HpaBs through homologous modeling, molecular docking, and molecular dynamics simulation, and the substrate preference of RoHpaB was mainly attributed to the shorter chain length of loop 212–222 and the larger substrate binding pocket. RoHpaB was further engineered by alanine scanning and structural replacement, and the RoHpaBY215A variant was obtained, whose catalytic efficiency (kcat/Km) toward naringenin is 25.3 times higher than that of RoHpaB. In addition, RoHpaBY215A also showed significantly improved activity toward flavonoids apigenin and kaempferol. This work opens the possibility of using engineered HpaB as a versatile hydroxylase to produce functionalized flavonoids.
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