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Open Access
Methylation of unactivated alkenes with engineered methyltransferases to generate non‐natural terpenoids
(2023) Aberle, Benjamin; Kowalczyk, Daniel; Massini, Simon; Egler‐Kemmerer, Alexander‐N.; Gergel, Sebastian; Hammer, Stephan C.; Hauer, Bernhard
Terpenoids are built from isoprene building blocks and have numerous biological functions. Selective late-stage modification of their carbon scaffold has the potential to optimize or transform their biological activities. However, the synthesis of terpenoids with a non-natural carbon scaffold is often a challenging endeavor because of the complexity of these molecules. Herein we report the identification and engineering of (S)-adenosyl-l-methionine-dependent sterol methyltransferases for selective C-methylation of linear terpenoids. The engineered enzyme catalyzes selective methylation of unactivated alkenes in mono-, sesqui- and diterpenoids to produce C11, C16 and C21 derivatives. Preparative conversion and product isolation reveals that this biocatalyst performs C-C bond formation with high chemo- and regioselectivity. The alkene methylation most likely proceeds via a carbocation intermediate and regioselective deprotonation. This method opens new avenues for modifying the carbon scaffold of alkenes in general and terpenoids in particular.
Open Access
Modifizierte Enzyme ermöglichen die selektive N‐Alkylierung von Pyrazolen unter Verwendung einfacher Halogenalkane
(2021) Bengel, Ludwig L.; Aberle, Benjamin; Egler‐Kemmerer, Alexander‐N.; Kienzle, Samuel; Hauer, Bernhard; Hammer, Stephan C.
Die selektive Alkylierung von Pyrazolen ist eine Herausforderung in der Chemie und könnte die Synthese wichtiger Moleküle vereinfachen. In dieser Arbeit berichten wir über eine katalysatorgesteuerte Alkylierung von Pyrazolen durch eine cyclische Kaskadenreaktion mit zwei Enzymen. In diesem enzymatischen System nutzt ein promiskuitives Enzym Halogenalkane als Ausgangsstoffe, um nicht-natürliche Analoga des Cosubstrats S-Adenosyl-l-Methionin zu synthetisieren. Ein zweites engineertes Enzym überträgt die Alkylgruppen in einer hochselektiven C-N-Bindungsknüpfung auf das Pyrazol-Substrat. Das Cosubstrat wird regeneriert und nur in katalytischen Mengen eingesetzt. Für das Enzym-Engineering wurde eine computerbasierte Methode verwendet, um eine Mutantenbibliothek in silico zu entwickeln. In einer Runde von Mutagenese und Screening wurde somit eine promiskuitive Methyltransferase in eine kleine Pyrazol-alkylierende Enzymfamilie umgewandelt. Mit diesem bienzymatischen System konnte die Alkylierung von Pyrazolen (Methylierung, Ethylierung, Propylierung) mit bislang unerreichter Regioselektivität (>99 %), Regiodivergenz und in einem ersten Beispiel in präparativem Maßstab gezeigt werden.