Expression of human steroid hydroxylases in fission yeast

Abstract

Genetically modified microbial organisms are being increasingly used for the industrial production of complicated chemical compounds such as steroids; however, prior to this work there have been few reports on the use of the fission yeast Schizosaccharomyces pombe for this purpose. In the human adrenal, the mitochondrial P450 enzyme CYP11B1 catalyzes the conversion of 11-deoxycortisol to cortisol while the microsomal P450s CYP17A1 and CYP21A1 together with the aldo-keto reductase 3beta-HSD perform the crucial conversion of pregnenolone to either mineralocorticoid, glucocorticoid, and sex steroid precursors. Expression of these P450s in fission yeast resulted in strains that show a considerable biotransformation activity in whole-cell assays carried out over several days. The host is capable of supplying this enzymes with the reducing equivalents necessary for steroid hydroxylation activity indifferent of whether the P450s are localized in mitochondria or in the endoplasmic reticulum.

Gentechnisch veränderte Organismen werden zunehmend für die industrielle Produktion komplizierter chemischer Verbindungen wie Steroide eingesetzt, jedoch gab es vor dieser Arbeit relativ wenige Studien über die Verwendung der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe für diesen Zweck. In der menschlichen Nebenniere katalisiert das mitochondriale P450 Enzym CYP11B1 die Umwandlung von 11-Desoxycortisol zu Cortisol, während die mikrosomalen P450 Enzyme CYP17A1 und CYP21A1 zusammen mit der Aldo-Keto Reduktase 3beta-HSD die essentielle Umwandlung von Pregnenolon zu Mineralokortikoid-, Glukokortikoid- und Sexualsteroid-Vorstufen katalysieren. Die Expression der genannten P450 Enzyme in der Spalthefe führt zu Stämmen, welche eine beachtliche Ganzzell-Biotransformationsaktivität über mehrere Tagen zeigen. Der Wirtsorganismus ist dabei in der Lage, die für die Steroidhydroxylierung notwendigen Reduktionsäquivalente bereitzustellen, gleichgültig, ob es sich dabei um mitochondriale oder mikrosomale P450 handelt.