Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Χρήστος Κοσίνας

Τίτλος Παρουσίασης (Presentation Title): Μελέτη μηχανισμού δράσης ενζύμων που αποικοδομούν την λιγνοκυτταρίνη με τη χρήση μεθόδων δομικής βιολογίας και πρωτεϊνικής μηχανικής
Presentation Type (Τύπος Παρουσίασης): Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής
Ονοματεπώνυμο Ομιλητή (Speakers Full Name): Χρήστος Κοσίνας
Προέλευση Ομιλητή (Speakers Affiliation): Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Χημικών Μηχανικών
Seminar Room (Αίθουσα): Βιβλιοθήκη "Αλκιβιάδης Χ. Παγιατάκης"
Ημερομηνία: Τετ, 29 Ιαν 2025, Ώρα: 12:00 - 14:30
Διεύθυνση Διαδικτυακής Μετάδοσης: https://upatras-gr.zoom.us/j/92367451107?pwd=Vo1hk1nK7gy8iLgTa2fxqlALuVGnVz.1
Περίληψη (Abstract)

Η ενζυμική αποικοδόμηση της λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη δυναμική τα τελευταία χρόνια, συμπληρωματικά στις υπάρχουσες διεργασίες χημικής και μηχανικής προκατεργασίας. Η διερεύνηση του μηχανισμού δράσης των ενζύμων αλλά και ο σχεδιασμός βελτιωμένων βιοκαταλυτών μέσα από μεθόδους πρωτεϊνικής μηχανικής, μπορεί να συμβάλλει στην αποτελεσματικότερη εφαρμογή τους σε βιομηχανικές διεργασίες.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκαν τέσσερα ένζυμα τα οποία προέρχονται από τον θερμόφιλο μύκητα Thermothelomyces thermophilus και συμβάλλουν στην αποικοδόμηση των τριών βασικών συστατικών της λιγνοκυτταρίνης: της κυτταρίνης, της ημικυτταρίνης και της λιγνίνης. Η μελέτη των συγκεκριμένων βιοκαταλυτών πραγματοποιήθηκε μέσω της συσχέτισης των δομής-λειτουργίας. Για τη δομική μελέτη χρησιμοποιήθηκε κυρίως Κρυσταλλογραφία Ακτίνων Χ, αλλά και τεχνικές Μοριακής Βιολογίας καθώς και υπολογιστικά εργαλεία προσομοίωσης των αλληλεπιδράσεων των ενζύμων με τα υποστρώματα τους. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε μία μια λυτική μονοοξυγενάση πολυσακχαριτών (ΤtLPMO9F), η οποία διασπά οξειδωτικά τους γλυκοζιδικούς δεσμούς της κυτταρίνης. Με τον προσδιορισμό της κρυσταλλογραφικής της δομής και την βιοχημική μελέτη διαφόρων σημειακών μεταλλαγμάτων, εντοπίστηκε η συνεισφορά συγκεκριμένων αμινοξέων στην καταλυτική δράση. Αξιολογήθηκε επίσης η συνεργιστική δράση της TtLPMO9F με εμπορικά σκευάσματα ενζύμων που αποικοδομούν την λιγνοκυτταρίνη. Επιπρόσθετα παρουσιάζεται η δομή μιας λακκάσης (TtLMCO1) η οποία παρουσιάζει ιδιαίτερο βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον καθώς μπορεί να οξειδώνει διάφορες φαινολικές ενώσεις. Προσομοιώσεις της αλληλεπίδρασης του ενζύμου με διάφορα υποστρώματα (docking simulations), έδειξαν ότι η αρχιτεκτονική της περιοχής πρόσδεσης υποστρωμάτων σχετίζεται με την προτίμηση του ενζύμου για ορθο-υποκατεστημένες φαινολικές ενώσεις. 

Το 2ο σκέλος της διατριβής εστιάζει  σε δύο υδρολυτικά ένζυμα που σχετίζονται με την αποικοδόμηση της ημικυτταρίνης. Πιο συγκεκριμένα, ο προσδιορισμός κρυσταλλογραφικών δομών συμπλόκων μίας ξυλανάσης της υπο-οικογένειας GH30_7 (ΤtXyn30A) και ανενεργών μεταλλαγμάτων αυτής, με διάφορα υποστρώματα ολιγομερών ξυλάνης, επέτρεψε τον εντοπισμό των αμινοξέων που καθορίζουν το διπλό μηχανισμό δράσης του ενζύμου. Τέλος, στο πλαίσιο της διατριβής προσδιορίστηκε η πρώτη κρυσταλλική δομή εστεράσης οξικού οξέος της οικογένειας CE16 (ΤtCE16B). Η κρυσταλλογραφική δομή της ΤtCE16B καθώς και αυτή ενός ανενεργού μεταλλάγματος της (S19A) σε σύμπλοκο με ένα μόριο οξικού οξέος, οδήγησε στον εντοπισμό των  καταλυτικών αμινοξέων που διαμορφώνουν το ενεργό κέντρο, καθώς και των δομικών χαρακτηριστικών που καθορίζουν την προτίμηση του ενζύμου για διαλυτούς ξύλο-ολιγοσακχαρίτες.

Τα συμπεράσματα της παρούσας μελέτης συμβάλλουν στην βαθύτερη κατανόηση του μηχανισμού δράσης των συγκεκριμένων βιοκαταλυτών για την αξιοποίηση της φυτικής βιομάζας. Ταυτόχρονα, μέσα από την τροποποίηση της αρχιτεκτονικής των ενζύμων με μεθόδους πρωτεϊνικής μηχανικής ανοίγονται δρόμοι για την βέλτιστη χρήση τους σε βιομηχανικές διεργασίες αλλά και νέες βιοκαταλυτικές εφαρμογές.

Σύντομο Βιογραφικό Ομιλητή (Speakers Short CV)

Εκπαίδευση:

  • Υποψήφιος Διδάκτορας, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών (2020-σήμερα)
  • Μεταπτυχιακές σπουδές στην Βιολογική Τεχνολογία, Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών (2018-2020)
  • Προπτυχιακές σπουδές στο τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών (2012-2018)

Δημοσιεύσεις:

  • Kosinas C., Chorozian K., Sandgren M., Topakas E., Dimarogona M. (2024) Mutational study of a lytic polysaccharide monooxygenase from Myceliophthora thermophila (MtLPMO9F): Structural insights into substrate specificity and regioselectivity. International Journal of Biological Macromolecules. 9, 288:138574. 
  • Pentari C., Zerva A., Kosinas C., Karampa P., Puchart V., Dimarogona M., Topakas E. (2024). The role of CE16 exo-deacetylases in hemicellulolytic enzyme mixtures revealed by the biochemical and structural study of the novel TtCE16B esterase. Carbohydrate Polymers. 327, 121667.
  • Pentari C., Kosinas C., Nikolaivits E., Dimarogona M., Topakas E. (2024). Structural and molecular insights into a bifunctional glycoside hydrolase 30 xylanase specific to glucuronoxylan. Biotechnology and Bioengineering. 121(7):2067-2078.
  • Kosinas C., Zerva A., Topakas E., Dimarogona M. (2023).  Structure–function studies of a novel laccase-like multicopper oxidase from Thermothelomyces thermophila provide insights into its biological role. Acta Crystallographica Section D Structural Biology, 79(7), 641–654. 
  • Nikolaivits E., Pentari C., Kosinas C., Feiler C. G., Spiliopoulou M., Weiss M. S., Dimarogona M., Topakas E. (2021). Unique features of the bifunctional GH30 from Thermothelomyces thermophila revealed by structural and mutational studies. Carbohydrate Polymers.  273, 118553.
  • Ferousi C., Kosinas C., Nikolaivits E., Topakas E. & Dimarogona M. (2023). Crystal structure of the Fusarium oxysporum tannase-like feruloyl esterase FaeC in complex with p-coumaric acid provides insight into ligand binding. FEBS Letters. 597(10):1415-1427.

 

Παρουσιάσεις σε συνέδρια:

  • Kosinas C., Chorozian K., Katsimantos S., Karnaouri A., Sandgren. M., Topakas E.,      Dimarogona M., “Expanding the catalytic potential of a lytic polysaccharide monooxygenase from Thermothelomyces thermophilus: A comprehensive study of point mutations and structural implications” (oral)  14th Panhellenic Scientific Conference in Chemical Engineering, 29-31 May 2024, Thessaloniki, Greece.
  • Kosinas C., Zerva A., Chalima A., Karnaouri A., Topakas E., Sandgren. M., Dimarogona M., “Catalytic potential of fungal oxidative enzymes towards plant biomass degradation” (oral) 11th Hellenic Crystallographic Association (HeCrA), 20-22 October 2023, Larissa, Greece.
  • Pentari C., Zerva A., Kosinas C., Karamba P., Dimarogona M., Puchart V., Topakas E., “The biotechnological potential of a novel CE16 exo-deacetylase from Thermothelomyces thermophilus” (poster), 16th BIOTRANS, 25-29 June, La Rochelle, France.
  • Kosinas C., Nestor G., Chalima A., Karnaouri A., Topakas E., Sandgren. M., Dimarogona M., “Exploration of the molecular determinants of LPMO function through mutagenesis studies of a Thermothelomyces thermophilus AA9” (poster), 3rd LPMO Symposium,  9-11 November 2022, Oslo, Norway.
  • Pentari C., Zerva A., Kosinas C., Dimarogona M., Topakas E., “A novel CE16 acetyl esterase from Thermothelomyces thermophilus” (poster), FEMS Conference on Microbiology, 30 June – 2 July 2022 Belgrad, Serbia.
  • Kosinas C., Zerva A., Karampa P.*, Topakas E., Dimarogona M., “Structural characterization of a novel laccase-like multicopper oxidase from Thermothelomyces thermophilus” (poster), 13rd Panhellenic Scientific Conference in Chemical Engineering, 2-4 June 2022, Patras, Greece.
  • Kosinas C., Pentari C., Zerva A., Topakas E., Dimarogona M. “Combining challenging crystallographic methods for the structural determination of esterase TtCE16 from Thermothelomyces thermophila” (poster) 10th International Conference of the Hellenic Crystallographic Association (HeCrA), 15-17 October 2021, Athens, Greece.
  • Nikolaivits E., Kosinas C., Pentari C., Feiler C., Weiss M.S., Topakas E. & Dimarogona M. “Structural studies of a GH30 xylanase provide insights into its mechanism of action as a potential biocatalyst”, (poster) PDB50: A special symposium celebrating the 50th anniversary of the Protein Data Bank, May 2021, Virtual Symposium.