
D1-dehydrogenaza 3-ketosteroidowa
Steroidy sÄ… powszechnymi zanieczyszczeniami Å›rodowiskowymi wód i gleb. W zwiÄ…zku z tym sÄ… wykorzystywane jako źródÅ‚o wÄ™gla i energii przez wiele mikroorganizmów. DegradacjÄ™ steroidów zaobserowano wÅ›ród wielu szczepów z rodziny Actinobacteria i Proteobacteria, w szczególnoÅ›ci w u przedstawicieli rodzaju Rhodococcus. Również bakterie patogenne takich jak Mycobacterium tuberculosis wytworzyÅ‚y zdolność do przeprowadzania degradacji steroidów co uÅ‚atwia im zasiedlanie organizmów eukariotycznych. Dla wszystkich tych bakterii jednym z kluczowych enzymów katabolicznych jest enzym zależny od dinukleotydu flawino-adeninowego (FAD) Δ1-dehydrogenaza 3-ketosteroidowa (KstD), która katalizuje proces 1,2-odwodornienia androst-4-en-3,17-dionu (AD) do androst-1,4-dien-3,17-dionu (ADD).

Fig. 1. Katalityczne 1,2-odwodornienie katalizowane przez KstD (AcmB) ze S. denitrificans.
W naszym laboratorium prowadzimy badania biokatalitycznych wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci szeregu enzymów z należących do klasy KstD z bakterii Sterolibacterium denitrificans Chol-1, Rhodococcus erythropolis oraz Pseudomonas putida. JesteÅ›my zainteresowani zarówno aspektami podstawowymi, takimi jak mechanizm reakcji, jak i aplikacyjnymi, tj. opracowaniem skutecznych metod wykorzystania enzymów KstD w procesie syntezy 1-dehydrosteroidów. Aby poznać mechanizm reakcji koncentrujemy siÄ™ na badaniach kinetycznych (testy w stanie stacjonarnym oraz z wykorzystaniem techniki zatrzymanego przepÅ‚ywu, pomairy kinetycznego efektu izotopowego), mutacjach kluczowych aminokwasów w centrum aktywnym, badaniem struktury enzymu za pomocÄ… technik spektroskopowych i krystalograficznych, jak również prowadzÄ…c modelowanie molekularne opisujÄ…ce energetykÄ™ procesu katalitycznego (MD, QM:MM i QM:MD).
Badania aplikacyjne koncentrujÄ… siÄ™ gÅ‚ównie na inżynierii reakcji, immobilizacji enzymu i testach reaktorowych z wykorzystaniem caÅ‚ych komórek w połączeniu z badaniami przesiewowymi nowych potencjalnych substratów, które nie sÄ… fizjologicznie odwadarniane przez enzymy z klasy KstD.
​
Badania prowadzimy przy wsparciu finansowych Narodowego Centrum Nauki w ramach programu OPUS OPUS 2016/21/B/ST4/03798 "Mechanizm regioselektywnego utleniajÄ…cego odwodornienia 3-ketosteroidów przez dehydrogenazÄ™ Δ1-cholest-4-en-3-onu ze Sterolibacterium denitrificans" i projektu Miniatura 2018/02/X/ST4/01963 "Poszukiwanie nowych ketosteroidowych dehydrogenaz bakteryjnych katalizujÄ…cych utleniajÄ…ce odwodornienie steroidów" oraz Å›rodków statutowych IKiFP PAN.
​
Publikacje poświęcone temu tematowi:
-
K. Sofinska, A. M. Wojtkiewicz, P. Wójcik, O. Zastawny, M. Guzik, A. Winiarska, P. Waligórski, M. CieÅ›la, J. Barbasz, M. Szaleniec, "Investigation of quaternary structure of aggregating 3-ketosteroid dehydrogenase from Sterolibacterium denitrificans: In the pursuit of consensus of various biophysical techniques", Biochim. Biophys. Acta-Gen. Subj., 1863 (2019) 1027-1039
-
M. Tataruch, P. Wójcik, A. M. Wojtkiewicz, K. Zaczyk, K. SzymaÅ„ska, M. Szaleniec, "Application of Immobilized Cholest-4-En-3-One Δ1-Dehydrogenase from Sterolibacterium Denitrificans for Dehydrogenation of Steroids", Catalyst, 10(12) (2020) 1460
-
A. M. Wojtkiewicz, P. Wójcik, M. Procner, M. Flejszar, M. Oszajca, M. HochoÅ‚owski, M. Tataruch, B. MrugaÅ‚a, T. Janeczko, M. Szaleniec, "The efficient Δ1-dehydrogenation of a wide spectrum of 3-ketosteroids in a broad pH range by 3-ketosteroid dehydrogenase from Sterolibacterium denitrificans", J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 202 (2020) 105731
-
P. Wójcik, M. Glanowski, A. M. Wojtkiewicz, A. Rohman, M. Szaleniec, "Universal capability of 3‑ketosteroid Δ1‑dehydrogenases to catalyze Δ1‑dehydrogenation of C17‑substituted steroids", Microb. Cell Fact., 20 (2021) 119
-
M. Glanowski, P. Wójcik, M. Procner, T. Borowski, D. Lupa, P. Mielczarek, M. Oszajca, K. Åšwiderek, V. Moliner, A.J. Bojarski, M. Szaleniec, "Enzymatic Δ1‑Dehydrogenation of 3‑Ketosteroids - Reconciliation of Kinetic Isotope Effects with the Reaction Mechanism", ACS Catal., 11 (2021) 8211−8225
​
Patenty i złoszenia patentowe:
-
P. Wójcik, A. M. Wojtkiewicz, M. Tataruch, J. Morzycki, M. Szaleniec, "Sposób wytwarzania (25R)-spirosta-1,4-dien-3-onu z diosgenonu", Polish Patent Application P.433249 (13.03.2020)
-
A. Rugor, M. Szaleniec, T. Janeczko, M. Dymarska, E. Kostrzewa-SusÅ‚ow, "Sposób wytwarzania propionianu androst-1,4-dien-3-on-17-olu", Polish Patent P.413209
-
A. Rugor, M. Szaleniec, T. Janeczko, M. Dymarska, E. Kostrzewa-SusÅ‚ow, "Sposób wytwarzania octanu androst-1,4,6-trien-3-on-17-olu", Polish Patent P.413207
-
A. Rugor, M. Szaleniec, T. Janeczko, M. Dymarska, E. Kostrzewa-SusÅ‚ow, "Sposób wytwarzania 17a-metyloandrost-1,4-dien-3-on-17-olu", Polish Patent P.413208
​
​