Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases

SMITH, Andrea; Martin TOUL; Daniel PLUSKAL; Racha BAATALLAH; Glwadys GAGNOT; José Gaspar RANGEL PAMPLONA PIZARRO PINTO; Vinicius T. T. SANTANA; Markéta STUCHLÁ; Petr NEUGEBAUER; Pimchai CHAIYEN; Jiří DAMBORSKÝ; David BEDNÁŘ; Yves L. L. JANIN; Zbyněk PROKOP a Martin MAREK. Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases. Nature Catalysis. Nature Portfolio, 2023, roč. 6, č. 1, s. 23-38. ISSN 2520-1158. Dostupné z: https://doi.org/10.1038/s41929-022-00895-z.

Základní údaje

Originální název

Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases

Autoři

SMITH, Andrea; Martin TOUL; Daniel PLUSKAL; Racha BAATALLAH; Glwadys GAGNOT; José Gaspar RANGEL PAMPLONA PIZARRO PINTO; Vinicius T. T. SANTANA; Markéta STUCHLÁ; Petr NEUGEBAUER; Pimchai CHAIYEN; Jiří DAMBORSKÝ; David BEDNÁŘ; Yves L. L. JANIN; Zbyněk PROKOP a Martin MAREK

Vydání

Nature Catalysis, Nature Portfolio, 2023, 2520-1158

---

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10403 Physical chemistry

Stát vydavatele

Německo

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

URL

Impakt faktor

Impact factor: 42.900

Kód RIV

RIV/00216224:14310/23:00130829

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

https://doi.org/10.1038/s41929-022-00895-z

UT WoS

000906600100001

EID Scopus

2-s2.0-85145317648

Klíčová slova anglicky

CYPRIDINA LUCIFERIN; PROTEIN CRYSTALLIZATION; BIOLUMINESCENCE; RENIFORMIS; LIGHT; CHEMILUMINESCENCE; COELENTERAZINE; STABILITY; LUMINESCENCE; SPECIFICITY

Štítky

14314010, 143180, CF BIC, H24, rivok

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno

---

Anotace

V originále

The widely used coelenterazine-powered Renilla luciferase was discovered over 40 years ago, but the oxidative mechanism by which it generates blue photons remains unclear. Here we decipher Renilla-type catalysis through crystallographic, spectroscopic and computational experiments. Structures of ancestral and extant luciferases complexed with the substrate-like analogue azacoelenterazine or a reaction product were obtained, providing molecular snapshots of coelenterazine-to-coelenteramide oxidation. Bound coelenterazine adopts a Y-shaped conformation, enabling the deprotonated imidazopyrazinone component to attack O-2 via a radical charge-transfer mechanism. A high emission intensity is secured by an aspartate from a conserved proton-relay system, which protonates the excited coelenteramide product. Another aspartate on the rim of the catalytic pocket fine-tunes the electronic state of coelenteramide and promotes the formation of the blue light-emitting phenolate anion. The results obtained also reveal structural features distinguishing flash-type from glow-type bioluminescence, providing insights that will guide the engineering of next-generation luciferase-luciferin pairs for ultrasensitive optical bioassays.

---

Návaznosti

EF17_043/0009632, projekt VaV	Název: CETOCOEN Excellence
GA22-09853S, projekt VaV	Název: Analýza vzniku nových proteinových funkcí v rámci rodiny halogenalkan dehalogenas Investor: Grantová agentura ČR, Analýza vzniku nových proteinových funkcí v rámci rodiny halogenalkan dehalogenas
LM2018121, projekt VaV	Název: Výzkumná infrastruktura RECETOX (Akronym: RECETOX RI) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, RECETOX RI
LM2018140, projekt VaV	Název: e-Infrastruktura CZ (Akronym: e-INFRA CZ) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, e-Infrastruktura CZ
MUNI/H/1561/2018, interní kód MU	Název: Decoding the molecular principles of enzyme evolution Investor: Masarykova univerzita, Decoding the molecular principles of enzyme evolution, Individuální projekty hraničního výzkumu
792772, interní kód MU	Název: Structural and biochemical studies of an ancestral enzyme with dual dehalogenase and luciferase activity (Akronym: Ancestral) Investor: Evropská unie, Structural and biochemical studies of an ancestral enzyme with dual dehalogenase and luciferase activity, MSCA Marie Skłodowska-Curie Actions (Excellent Science)
814418, interní kód MU	Název: Synthetic biology-guided engineering of Pseudomonas putida for biofluorination (Akronym: SinFonia) Investor: Evropská unie, Synthetic biology-guided engineering of Pseudomonas putida for biofluorination, Leadership in enabling and industrial technologies (LEIT) (Industrial Leadership)
857560, interní kód MU (Kód CEP: EF17_043/0009632)	Název: CETOCOEN Excellence (Akronym: CETOCOEN Excellence) Investor: Evropská unie, CETOCOEN Excellence, Spreading excellence and widening participation
90127, velká výzkumná infrastruktura	Název: CIISB II