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Grant support

This publication was created as part of NCCR Catalysis (grant no. 180544), a National Centre of Competence in Research funded by the Swiss National Science Foundation. Additional funding was provided by the NCCR Molecular Systems Engineering (grant 200021_178760) and the SNSF (grant 200020_212088). The authors thank the Swiss Light Source and Diamond Light Source for X-ray data collection and X. Li-Blatter for her help in data fitting for the binding assays and differential scanning fluorimetry experiments. I.M. thanks the Nakajima Foundation for a PhD stipend. A.F. thanks Ministerio de Universidades for a short-term mobility funding from the predoctoral fellowship FPU19/05872 (grant ref EST21/00132).

Análisis de autorías institucional

Faraone, AdrianaAutor o Coautor

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19 de noviembre de 2024
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Artículo pendiente de publicación
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Directed Evolution of an Artificial Hydroxylase Based on a Thermostable Human Carbonic Anhydrase Protein

Publicado en:Acs Catalysis. - 2024-11-07 (), DOI: 10.1021/acscatal.4c04163

Autores: Morita, Iori; Faraone, Adriana; Salvisberg, Elias; Zhang, Kailin; Jakob, Roman P; Maier, Timm; Ward, Thomas R

Afiliaciones

Barcelona Inst Sci & Technol, ICIQ Inst Chem Res Catalonia, Tarragona 43007, Spain - Autor o Coautor
Ecole Polytech Fed Lausanne, Inst Sci & Ingn Chim, CH-1015 Lausanne, Switzerland - Autor o Coautor
IST Austria, Campus 1, A-3400 Klosterneuburg, Austria - Autor o Coautor
Univ Basel, Biozentrum, CH-4056 Basel, Switzerland - Autor o Coautor
Univ Basel, Dept Chem, CH-4002 Basel, Switzerland - Autor o Coautor
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Resumen

The assembly of artificial metalloenzymes (ArMs) provides a second coordination sphere around a metal catalyst. Such a well-defined microenvironment can lead to an enhancement of the activities and selectivity of the catalyst. Herein, we present the development of artificial hydroxylase (ArHase) by embedding an Fe-TAML (TAML = tetraamide macrocyclic ligand) catalyst into a human carbonic anhydrase II (hCAII). Incorporation of the Fe-TAML catalyst ([BS-Fe-bTAML]-) within hCAII enhanced the total turnover number (TTON) for the hydroxylation of benzylic C-H bonds. After engineering a thermostable variant of hCAII (hCAIITS), the resulting ArHase, [BS-Fe-bTAML]-hCAIITS, was subjected to directed evolution using cell lysates in a 384-well format. After three rounds of laboratory evolution, the best-performing variants exhibited enhancement in the initial rate (124.4 min-1) and in the TTON (2629 TTON) for the hydroxylation of benzylic C-H bonds compared to that of the free cofactor. We surmise that an arginine residue introduced in the course of directed evolution engages in hydrogen bonding with [BS-Fe-bTAML]-. This study highlights the potential of relying on a thermostable host protein to improve the catalytic performance of hCAII-based ArMs.

Palabras clave

Artificial metalloenzymeAssaBindingCatalysisComplexCoordinationDesignDirected evolutionEarth-abundant metalEnzymeFunctionalizationHydroxylationLigandMetalloenzymesNonheme ironcatalys

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Acs Catalysis debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición 21/178, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Chemistry, Physical.

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-07-06:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 8.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 4 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 0.5.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 1 (Altmetric).

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Austria; Switzerland.