Natural diversity and catalytic mechanisms of 1- and 4 3 -ketosteroid dehydrogenases from actinomycetal origin

Promotie: dhr. J. Knol, 12.45 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Natural diversity and catalytic mechanisms of 1- and 4 3 -ketosteroid dehydrogenases from actinomycetal origin

Promotor(s): prof.dr. L. Dijkhuizen

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

3D-structuren van een KSTD-enzym opgehelderd

3-Ketosteroid dehydrogenase (KSTD) enzymen katalyseren de introductie van een dubbele binding in de steroidenstructuur. Jan Knol heeft met behulp van kristallografie de (model) 3D-structuren van een KSTD-enzym opgehelderd. Dit heeft ook geresulteerd in inzicht in de reactiemechanismen van de twee verschillende type KSTD-enzymen en in identificatie van de katalytische belangrijke (kandidaat) aminozuurresiduen. Deze inzichten zouden gebruikt kunnen worden om nieuwe behandelvormen te vinden tegenM. tuberculosis, de veroorzaker van tuberculose.

De dubbele binding in steroiden kan op twee plaatsen in de steroidstructuur geìntroduceerd worden. Hhiervoor zijn twee type 3-ketosteroid dehydrogenases verantwoordelijk (∆1- en ∆4 3-ketosteroid dehydrogenases). Uit het onderzoek van Knol blijkt dat er een grote natuurlijke diversiteit is aan 3-ketosteroid dehydrogenases (KSTDs) in bacteriën zoalsRhodococcus,Mycobacteriumen andere soorten uit dezelfde familie. De ketosteroiddehydrogenases kunnen op basis van hun verwantschap in aminozuursequentie in duidelijke clusters worden verdeeld. Verschillende enzymen uit deze clusters zijn door Knol biochemisch gekarakteriseerd en vertonen verschillen in hun substraatspecificiteit. De biochemische data geven inzicht in de fysiologische functie van de 3-ketosteroid dehydrogenases. Een van de KSTD-enzymen (KSTD3 vanRhodococcus erythropolisSQ1) blijkt betrokken bij de afbraak van cholesterol en heeft een voorkeur voor verzadigde steroiden. Een orthologe KSTD (RV3537) inMycobacterium tuberculosisvertoont dezelfde substraatspecificiteit. Deze resultaten impliceren dat verzadigde steroiden intermediaire producten zijn in de cholesterol afbraakroute, terwijl de literatuur zich meer richtte op onverzadigde steroiden. In de literatuur staat al beschreven dat de mogelijkheid vanM. tuberculosisom cholesterol af te breken ook belangrijk is voor de pathogeniciteit vanM. tuberculosis. Behalve de industriële toepassing van deze enzymen (in de productie van steroiden toepasbaar in de farmaceutische industrie) zijn de enzymen dus ook interessant voor de medische wereld: de ontwikkeling van remmers tegen KSTD die als medicijnen gebruikt kunnen worden om tbc te bestrijden.

Jan Knol (Oude Pekela, 1981) studeerde studeerde biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, waar hij zijn promotieonderzoek uitvoerde bij de onderzoeksgroep Microbiële Fysiologie, van de onderzoeksschool Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB). Het werd gefinancierd door het Ministerie van Economiesche Zaken en de B-Basic partners, een publiek private samenwerking van NWO-ACTS. Industrieel partner was MSD (voormalig Organon). Inmiddels is hij werkzaam als patent scientist bij Monsanto.

Jan Knol has researched the 3-Ketosteroid dehydrogenases (KSTDs), flavoproteins that play a key role in sterol degradation by katalyzing the desaturation of steroids. Introduction of a double bond at position C1-C2 (3-keto-steroid ∆1-dehydrogenase) or C4-C5 (3-ketosteroid ∆4-dehydrogenase) is catalyzed by Δ1 KSTD [EC 1.3.99.4] and Δ4 KSTD [EC1.3.99.5 and 6] enzymes, respectively.