Väittelijä selvitti lääkkeissä käytettävien yhdisteiden syntyvaiheita (Väitös: MSc Thadee Grocholski, 24.3.2016, biokemia)

​Turun yliopiston tiedote 18.3.2016

Polyketidit ovat kemialtaan ja rakenteeltaan monimuotoisia yhdisteitä, joita käytetään runsaasti lääketeollisuudessa, esimerkiksi antibiootteina, viruslääkkeinä, solusalpaajina, sienilääkkeinä, loislääkkeinä ja kolesterolilääkkeinä. Yksi merkittävimmistä polyketidien tuottajista on maaperän Streptomyces-bakteerisuku, josta on peräisin valtaosa tunnetuista polyketideistä.

– Huolimatta kombinatoriaalisen ja synteettisen kemian edistysaskeleista, luonnon polyketidit ovat edelleen merkittävä uusien lääkeaineiden lähde. Bakteerit pystyvät tuottamaan hämmästyttävän monimuotoisen joukon polyketidejä huolimatta siitä, että ne rakentuvat yksinkertaisista rakenneosista käyttäen rajoitettua määrää työkaluja eli biosynteettisiä entsyymejä, Grocholski sanoo.

Hapen liittäminen molekyyliin polyketidin biosynteesin yhteydessä on yksi tavallisista muokkausvaiheista, joka tuottaa tätä monimuotoisuutta, ja on todennäköisesti tarpeellinen bioaktiivisen molekyylin aikaansaamiseksi. 

– Väitöskirjani keskittyy mekanismeihin, joilla entsyymit kykenevät liittämään happea molekyyleihin. Eli kuinka rakenteeltaan ja katalyyttisesti aktiivisilta osiltaan erilaiset entsyymit näyttävät aktivoivan hapen käyttäen yhteistä välituotetta, karbanionia, negatiivisen varauksen hiiliatomilla omaavaa labiilia molekyylimuotoa, Grocholski toteaa.

Ensimmäinen Grocholskin tarkastelemista entsyymeistä oli SnoaB, joka ei tarvitse happea käyttäville entsyymeille tyypillisiä metalleja tai orgaanisia koentsyymejä hapen aktivointiin. Biokemian ja rakenteen tutkimus osoitti entsyymin aktivoivan happimolekyylin tuottamalla karbanionin itse reagoivasta molekyylistä, substraatista.

Toinen tutkimuskohde oli kaksikomponenttinen hydroksylaasientsyymi AlnH/AlnT. Tämä reaktio käyttää B2-vitamiinin, riboflaviinin johdannaista FMN:ää, jonka pelkistyneestä muodosta syntyy karbanionin kautta peroksidi. Se puolestaan reagoi substraatin kanssa ennestään tunnetun flaviinien kemian mukaisesti. Grocholskin tutkimusten mukaan AlnH/AlnT-pari eroaa samankaltaisesta ActVA-5/ActVB – parista sekä reaktion tapahtumisvaiheen, että reaktiopaikan suhteen.

Viimeinen Grocholskin tutkimuskohde oli hydroksylaasin RdmB ja metyyliryhmän siirtäjäentsyymin DnrK toiminnan vertailu. Vaikka se on aminohappojärjestykseltään ja rakenteeltaan hyvin samankaltainen DnrK:n ja muiden S-adenosyylimetioniinia (SAM) käyttävien metyylinsiirtäjien kanssa, RdmB on happea molekyyliin liittävä hydroksylaasi. Grocholski sai DnrK:n yllättäen katalysoimaan samaa reaktiota lisäämällä siihen yhden ainoan aminohapon.

– Kun ymmärretään paremmin näiden entsyymien katalysoimia reaktioita, ymmärretään myös yleisemmin polyketidien biosynteesiä. Edelleen analysoimalla eri suuntiin kehittyneitä samankaltaisia entsyymejä, ymmärretään paremmin, miten ne tunnistavat substraattinsa, ja miten tuotteiden monimuotoisuus kehittyy. Kun ymmärretään biosynteesin työkalujen toimintaa, voidaan todennäköisesti löytää uusia entsyymiyhdistelmiä, jotka tuottavat uusia lääketieteellisesti käyttökelpoisia yhdisteitä, Grocholski huomauttaa.

***

MSc Thadee Grocholski esittää väitöskirjansa Monooxygenase diversity and oxygen activation within polyketide antibiotic biosynthesis julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa torstaina 24.3.2016 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, luentosali Arc 1, Arcanuminkuja 4, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori Timothy Bugg (University of Warwick, UK) ja kustoksena emeritusprofessori Pekka Mäntsälä (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.

MSc Thadee Grocholski on suorittanut korkeakoulututkintonsa (MSc) vuonna 2004 (University of Sussex, UK). Hän työskentelee tohtorikoulutettavana Turun yliopistossa. Väitöksen alana on biokemia.