Reaction pathway engineering converts a radical hydroxylase into a halogenase

蛋白质工程 化学 代谢工程 合成生物学 计算机科学 生物化学 计算生物学 生物
作者
Monica E. Neugebauer,Elijah N. Kissman,Jorge A. Marchand,Jeffrey G. Pelton,Nicholas A. Sambold,Douglas C. Millar,Michelle C. Y. Chang
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:18 (2): 171-179 被引量:56
标识
DOI:10.1038/s41589-021-00944-x
摘要

FeII/α-ketoglutarate (FeII/αKG)-dependent enzymes offer a promising biocatalytic platform for halogenation chemistry owing to their ability to functionalize unactivated C-H bonds. However, relatively few radical halogenases have been identified to date, limiting their synthetic utility. Here, we report a strategy to expand the palette of enzymatic halogenation by engineering a reaction pathway rather than substrate selectivity. This approach could allow us to tap the broader class of FeII/αKG-dependent hydroxylases as catalysts by their conversion to halogenases. Toward this goal, we discovered active halogenases from a DNA shuffle library generated from a halogenase-hydroxylase pair using a high-throughput in vivo fluorescent screen coupled to an alkyne-producing biosynthetic pathway. Insights from sequencing halogenation-active variants along with the crystal structure of the hydroxylase enabled engineering of a hydroxylase to perform halogenation with comparable activity and higher selectivity than the wild-type halogenase, showcasing the potential of harnessing hydroxylases for biocatalytic halogenation.

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