Abstract
Pyrrolysyl-tRNA synthetase (PylRS) is an enzyme of some methanogenic Archaea for the natural incorporation of pyrrolysine into proteins. The discovery of PylRS as a natural tool for genetic code expansion paved the way for site-specific incorporation of non-canonical amino acids (ncAAs) into proteins, with versatile side chains useful in biotechnology. Almost 20 years after the discovery, we describe the journey which led to three distinct classes of PylRSs with unique ncAA recognitions.
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Literatur
Chin JW (2017) Expanding and reprogramming the genetic code. Nature 550: 53–60
Furter R (1998) Expansion of the genetic code: Site-directed p-fluoro-phenylalanine incorporation in Escherichia coli. Protein Sci 7: 419–426
Wang L, Brock A, Herberich B, Schultz PG (2001) Expanding the genetic code of Escherichia coli. Science 292: 498–500
Hao B, Gong W, Ferguson TK et al. (2002) A new UAG-encoded residue in the structure of a methanogen methyl-transferase. Science 296: 1462–1466
Rothman DH, Fournier GP, French KL et al. (2014) Methanogenic burst in the end-permian carbon cycle. Proc Natl Acad Sci 111: 5462–5467
Taubner R-S, Pappenreiter P, Zwicker J et al. (2018) Biological methane production under putative Enceladus-like conditions. Nat Commun 9: 748
Kavran JM, Gundllapalli S, O’Donoghue P et al. (2007) Structure of pyrrolysyl-tRNA synthetase, an archaeal enzyme for genetic code innovation. Proc Natl Acad Sci U S A 104: 11268–11273
Kubyshkin V, Budisa N (2019) Anticipating alien cells with alternative genetic codes: away from the alanine world! Curr Opin Biotechnol 60: 242–249
Kubyshkin V, Budisa N (2019) The alanine world model for the development of the amino acid repertoire in protein biosynthesis. Int J Mol Sci 20: 5507
Enzmann F, Mayer F, Rother M, Holtmann D (2018) Methanogens: biochemical background and biotechnological applications. AMB Express 8: 1
Namy O, Zhou Y, Gundllapalli S et al. (2007) Adding pyrrolysine to the Escherichia coli genetic code. FEBS Lett 581: 5282–5288
Wan W, Tharp JM, Liu WR (2014) Pyrrolysyl-tRNA synthetase: an ordinary enzyme but an outstanding genetic code expansion tool. Biochim Biophys Acta — Proteins Proteomics 1844: 1059–1070
Exner MP, Kuenzl T, To TMT et al. (2017) Design of S-allylcysteine in situ production and incorporation based on a novel pyrrolysyl-tRNA synthetase variant. ChemBioChem 18: 85–90
Koch NG, Baumann T, Budisa N (2021) Efficient unnatural protein production by pyrrolysyl-tRNA synthetase with genetically fused solubility tags. Eingereicht.
Koch NG, Goettig P, Rappsilber J, Budisa N (2021) Engineering pyrrolysyl-tRNA synthetase for the incorporation of non-canonical amino acids with smaller side chains. Eingereicht.
Völler J-S, Budisa N (2017) Coupling genetic code expansion and metabolic engineering for synthetic cells. Curr Opin Biotechnol 48: 1–7
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Nikolaj Georg Koch 2010–2018 Studium Economics (Bachelor) und Chemie (Bachelor und Master) an der TU Berlin (TUB). 2017 Teamleiter des TU BIOMOD-Teams. Seit 2018 Doktorand im AK Biokatalyse (TUB) unter der Leitung von Prof. Dr. N. Budisa. Seine Forschung konzentriert sich auf die Erweiterung und Evolution des genetischen Codes und die Entwicklung von Technologien, die auf diesem Ansatz basieren.
Nediljko (Ned) Budisa Studium Biologie & Chemie, molekulare Biologie und molekulare Biophysik. 1997 Promotion. 1997–2000 Postdoc am Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried. 2001–2005 Habilitation in Biochemie, TU München. Seit Mai 2010 W3-Professor (Biokatalyse) an der TU Berlin. Seit 2018 Professor für Chemie und Inhaber des Tier 1 Canada Research Chair (CRC) für chemische synthetische Biologie an der University of Manitoba, Winnipeg, Kanada.
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Koch, N.G., Budisa, N. Pyrrolysyl-tRNA-Synthetase: Methanogenese und Gencode-Erweiterung. Biospektrum 27, 616–619 (2021). https://doi.org/10.1007/s12268-021-1653-x
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