Rhodococcus erythropolis Oleate Hydratase: a New Member in the Oleate Hydratase Family Tree—Biochemical and Structural Studies

Abstract

Recently, the enzyme family of oleate hydratases (OHs: EC 4.2.1.53) has gained increasing scientific and economic interest, as these FAD‐binding bacterial enzymes do not require cofactor recycling and possess high thermal and pH stability. Their products, hydroxy fatty acids, are used in specialty chemical applications including surfactant and lubricant formulations. The “oleate hydratase engineering database”, established by Schmid et al. (2017), divides all OHs into 11 families (HFam1 to 11). To date, only two crystal structures of homodimeric OHs from the families HFam2 and HFam11 have been reported. In this study, we biophysically characterized an OH belonging to the HFam3 family, originating from the marine bacterium Rhodococcus erythropolis, for the first time. The crystal structure revealed that this new OH (OhyRe) surprisingly is a monomer in its active form. This particular feature provides new avenues for enzyme engineering and recycling through immobilization.

On the current role of hydratases in biocatalysis

“…Whereas database entries on new FAHs have been increasing rapidly, only relatively few 3D structures have been resolved to date. In fact, crystal structures of only four FAHs are available (Volkov et al 2013; Engleder et al 2015; Lorenzen et al 2017; Park et al 2018), and a homology model was built for a fifth enzyme (Ortega-Anaya and Hernández-Santoyo 2015). The first reported x-ray structure of a FAH was the structure of the LA hydratase from Lactobacillus acidophilus (LAH), classified in HFam2 according to the HyED (Volkov et al 2013).…”

“…Based thereon, a substrate recruiting mode similar to the one derived from structural data of LAH and OhyA was suggested. The third solved FAH structure was for the oleate hydratase from Rhodococcus erythropolis (OhyRe) from HFam3 (Lorenzen et al 2017). OhyRe, which was not co-crystallising with FAD, is made up of four domains, but differs from the other structures by shorter N- and C-termini, as well as a monomeric state in solution.…”

Weiterentwicklung der Substrattoleranz von Elizabethkingia meningoseptica Oleathydratase zur regio‐ und stereoselektiven Hydratisierung von Ölsäurederivaten

“…[14][15][16][17][18][19][20][21] Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren ermçglichen FAHYs den Zugang zu Reaktionen, die mit organisch-chemischenM ethoden nicht durchführbar sind, wodurch sich klare Vorteile fürd en Einsatz dieser Enzymgruppe in der organischen Synthese ergeben. [5,[28][29][30][31][32][33] Die de facto einzige FAHY,d ie eine weniger strikte Regio-und Substratselektivitäta ufweist, wurde aus Lactobacillus acidophilus NTV001 (FA-HY1) isoliert. [1,2,[20][21][22][23][24][25][26][27] Dadurch kam dieser Enzymgruppe in den letzten Jahren eine merklich zunehmende Aufmerksamkeit zur Etablierung neuer,n achhaltiger Reaktionswege in der organischen Synthese zu.…”

“…Dieses Enzym hydratisiert cis-9-, cis-12-, cis-13-, cis-14-sowie cis-15-Doppelbindungen freier Fettsäuren mit unterschiedlichen Kettenlängen und Sättigungsgraden. [33,[38][39][40] Die Rolle des Flavins in FAHYs wurde durch Vergleich der unmittelbaren Umgebung des Kofaktors in OhyA mit analogen Regionen anderer FAHY Strukturen ohne gebundenem FAD untersucht und legte nahe,d ass der Kofaktor primäre ine strukturelle Funktion fürd ie korrekte Ausgestaltung des aktiven Zentrums einnimmt. Die darin gesammelte und bislang weitestgehend unerforschte Sequenzdiversitäti mpliziert, dass der Einsatz von Hydratasen künftig Reaktionen ermçglichen kçnnte,d ie mit synthetischen Methoden zurzeit nicht durchführbar sind.…”

“…Der überwiegende Teil aller bislang bekannten FAHYs katalysiert die regioselektive Hydratisierung von cis-9-oder cis-12-Doppelbindungen ungesättigter Fettsäuren. [5,[28][29][30][31][32][33] Die de facto einzige FAHY,d ie eine weniger strikte Regio-und Substratselektivitäta ufweist, wurde aus Lactobacillus acidophilus NTV001 (FA-HY1) isoliert. Dieses Enzym hydratisiert cis-9-, cis-12-, cis-13-, cis-14-sowie cis-15-Doppelbindungen freier Fettsäuren mit unterschiedlichen Kettenlängen und Sättigungsgraden.…”