Vše

Co hledáte?

Vše
Projekty
Výsledky výzkumu
Subjekty

Rychlé hledání

  • Projekty podpořené TA ČR
  • Významné projekty
  • Projekty s nejvyšší státní podporou
  • Aktuálně běžící projekty

Chytré vyhledávání

  • Takto najdu konkrétní +slovo
  • Takto z výsledků -slovo zcela vynechám
  • “Takto můžu najít celou frázi”

Biochemical and Computational Characterization of Haloalkane Dehalogenase Variants Designed by Generative AI: Accelerating the SN2 Step

Identifikátory výsledku

  • Kód výsledku v IS VaVaI

    <a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00159816%3A_____%2F25%3A00082276" target="_blank" >RIV/00159816:_____/25:00082276 - isvavai.cz</a>

  • Nalezeny alternativní kódy

    RIV/00216224:14310/25:00140792

  • Výsledek na webu

    <a href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15551" target="_blank" >https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15551</a>

  • DOI - Digital Object Identifier

    <a href="http://dx.doi.org/10.1021/jacs.4c15551" target="_blank" >10.1021/jacs.4c15551</a>

Alternativní jazyky

  • Jazyk výsledku

    angličtina

  • Název v původním jazyce

    Biochemical and Computational Characterization of Haloalkane Dehalogenase Variants Designed by Generative AI: Accelerating the SN2 Step

  • Popis výsledku v původním jazyce

    Generative artificial intelligence (AI) models trained on natural protein sequences have been used to design functional enzymes. However, their ability to predict individual reaction steps in enzyme catalysis remains unclear, limiting the potential use of sequence information for enzyme engineering. In this study, we demonstrated that sequence information can predict the rate of the SN2 step of a haloalkane dehalogenase using a generative maximum-entropy (MaxEnt) model. We then designed lower-order protein variants of haloalkane dehalogenase using the model. Kinetic measurements confirmed the successful design of protein variants that enhance catalytic activity, above that of the wild type, in the overall reaction and in particular in the SN2 step. On the simulation side, we provided molecular insights into these designs for the SN2 step using the empirical valence bond (EVB) and metadynamics simulations. The EVB calculations showed activation barriers consistent with experimental reaction rates, while examining the effect of amino acid replacements on the electrostatic effect on the activation barrier and the consequence of water penetration, as well as the extent of ground state destabilization/stabilization. Metadynamics simulations emphasize the importance of the substrate positioning in enzyme catalysis. Overall, our AI-guided approach successfully enabled the design of a variant with a faster rate for the SN2 step than the wild-type enzyme, despite haloalkane dehalogenase being extensively optimized through natural evolution.

  • Název v anglickém jazyce

    Biochemical and Computational Characterization of Haloalkane Dehalogenase Variants Designed by Generative AI: Accelerating the SN2 Step

  • Popis výsledku anglicky

    Generative artificial intelligence (AI) models trained on natural protein sequences have been used to design functional enzymes. However, their ability to predict individual reaction steps in enzyme catalysis remains unclear, limiting the potential use of sequence information for enzyme engineering. In this study, we demonstrated that sequence information can predict the rate of the SN2 step of a haloalkane dehalogenase using a generative maximum-entropy (MaxEnt) model. We then designed lower-order protein variants of haloalkane dehalogenase using the model. Kinetic measurements confirmed the successful design of protein variants that enhance catalytic activity, above that of the wild type, in the overall reaction and in particular in the SN2 step. On the simulation side, we provided molecular insights into these designs for the SN2 step using the empirical valence bond (EVB) and metadynamics simulations. The EVB calculations showed activation barriers consistent with experimental reaction rates, while examining the effect of amino acid replacements on the electrostatic effect on the activation barrier and the consequence of water penetration, as well as the extent of ground state destabilization/stabilization. Metadynamics simulations emphasize the importance of the substrate positioning in enzyme catalysis. Overall, our AI-guided approach successfully enabled the design of a variant with a faster rate for the SN2 step than the wild-type enzyme, despite haloalkane dehalogenase being extensively optimized through natural evolution.

Klasifikace

  • Druh

    J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science

  • CEP obor

  • OECD FORD obor

    10603 - Genetics and heredity (medical genetics to be 3)

Návaznosti výsledku

  • Projekt

    Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.

  • Návaznosti

    P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Ostatní

  • Rok uplatnění

    2025

  • Kód důvěrnosti údajů

    S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Údaje specifické pro druh výsledku

  • Název periodika

    Journal of the American Chemical Society

  • ISSN

    0002-7863

  • e-ISSN

    1520-5126

  • Svazek periodika

    147

  • Číslo periodika v rámci svazku

    3

  • Stát vydavatele periodika

    US - Spojené státy americké

  • Počet stran výsledku

    9

  • Strana od-do

    2747-2755

  • Kód UT WoS článku

    001395247500001

  • EID výsledku v databázi Scopus