Computational insights into the mutations of an omega-transaminase using evolutionary footprints

Transaminazlar, enantiopür kiral aminlerin üretimi için oldukça dikkate değer enzimler haline gelmiştir. Kiral aminler, farmasötiklerin ve çeşitli ince kimyasalların üretiminde ara ürünler olarak büyük önem taşır. Bununla birlikte, transaminazların sınırlı aktivitesi, sıklıkla biyokataliz uygulamalarında zorluk teşkil etmektedir. Bu nedenle geliştirilmiş aktiviteye ve endüstriyel proses koşullarında etkin bir şekilde işlev görme yeteneğine sahip yeni enzimler geliştirmek çok önemli bir konu haline gelmiştir. Çeşitli çalışmalar, enzimlerin aktif bölgesindeki mutasyonlar yoluyla yeni varyantların geliştirilmesine odaklansa da, aktif bölgeden uzaktaki mutasyonların gelişmiş katalitik özellikler sağlanmasına katkısı yeterince anlaşılamamıştır. Bu etki hakkında fikir edinmek, daha yüksek katalitik aktivitelere sahip yeni enzimlerin tasarımına yardımcı olacaktır. Ayrıca, doğal evrim açısından, aktif bölgeden uzaktaki mutasyonların, aktif bölgelerin fonksiyonlarını ve stabilitesini nasıl etkilediği de hala bir sır perdesi ardındadır. Bu çalışmada, hesapsal yaklaşımlarla bir omega transaminazın doğal evrimi sırasında gerçekleşen mutasyonların etkileri hakkında bir anlayış geliştirmek amaçlanmaktadır. Belirtilen amaca ulaşmak için, modern bir 4-aminobutirat transaminaz ve gelişmiş katalitik aktiviteyle birlikte substrat seçiciliğinde daha geniş bir yelpazeye sahip olan dört atasal varyant çalışmalarda kullanılmak üzere seçildi. Bu ailenin evrimi sırasında meydana gelen tüm mutasyonlar, enzimlerin aktif bölgelerinin dışında yer almaktadır. Bu sebeple, dinamik domain arayüzlerinde meydana gelen mutasyonların etkileri, mutasyonların sınıflandırılması ve substrat seçiciliği yanında katalitik aktivite için önemli olanların tespit edilmesi amacıyla mercek altına alındı. Varyantların fonksiyonel kollektif hareketleri Gaussian Ağ Modeli (GNM) ve Anizotropik Ağ Modeli (ANM) hesaplama yöntemleri kullanılarak değerlendirildi. Çapraz korelasyon fark bölgelerindeki ve menteşe noktalarına yakın mutasyonların, aktivite ve seçicilik değişikliklerine neden olan aktif bölgelere yakın döngülerin dinamikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu ortaya çıktı. Moleküler dinamik simülasyon sonuçları, tüm varyantlarda aktif bölge içerisindeki etkileşimlerinin korunduğunu doğruladı ve ayrıca varyantların termo-toleranslarını belirleyen global davranışındaki yapısal değişikliklerin anlaşılmasını sağladı.