In silico protein design for the enhancement of protein stability and function
Tid: Fr 2023-10-06 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemi
Respondent: David A. Hueting , Ytbehandlingsteknik, Science for Life Laboratory, SciLifeLab
Opponent: Professor Zbynek Prokop, Masaryk University, Tjeckien
Handledare: Universitetslektor Per-Olof Syrén, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Ytbehandlingsteknik, Wallenberg Wood Science Center, Proteinvetenskap; Professor Hjalmar Brismar, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Biofysik
QC 20230912
Abstract
Enzymer är naturens katalysatorer vilka höjer hastigheten av kemiska reaktioner. En ökad hastighet av en reaktion är nödvändig för att upprätthålla liv. Trots enzymers och proteiners stora påverkan på reaktionshastigheter så är de inte perfekta katalysatorer. Enzym- och proteindesign är en vetenskap där enzymer och proteiner karaktäriseras och designas för att förbättra vissa egenskaper hos dem. Egenskaper hos enzymer så som stabilitet och aktivitet är intressanta att förbättra. Syftet med det här arbetet är att förstå hur proteiner och enzymer fungerar, samt deras egenskaper för olika applikationer i ett senare skede, exempelvis inom biomedicin. En blandning av rationell och semi-rationell enzym- och proteindesign används i det här arbetet. I artikel I och II används metoden ancestral sekvensrekonstruering. Metoden nyttjar de evolutionära sambanden mellan homologa sekvenser. I artikel I användes metoden på ett terpencyklas, ett enzym som skapar ringstrukturer hos en terpenföregångare, vilket resulterar i molekyler som kan vara intressanta för användning i läkemedel. Resultatet blev en hyperstabil enzymvariant. I artikel II användes metoden på SARS-CoV-2 Spike protein. Proteinet är ansvarigt för att viruset SARS-CoV-2 kan ta sig in i mänskliga celler. Arbetet resulterade i ett stabilt spike protein som lätt uttrycks med potentiell användning i vaccintillverkning. I artikel III var syftet att förstå humant oxidoskvalencyklas (hOSC). hOSC är ett terpencyklas som är nödvändig i syntesen av kolesterol. Enzymet designades för att ändra den drivande kraften hos reaktionen. Genom riktade mutationer ändrades reaktionen från att vara entropidriven till att vara entalpidriven. Slutligen, i artikel IV visades hur ett designat PETase, som bryter ned PET polymerer till monomerer, är aktivt i mänskligt serum och bekräftar att nedbrytning av plast i mänskligt blod är möjligt. Sammanfattningsvis, resultaten i den här avhandlingen visar hur olika enzymdesignstekniker kan appliceras för att stabilisera eller ändra funktioner hos proteiner och potentialen av designade enzymer i medicinska applikationer.