J 2023

Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases

SMITH, Andrea, Martin TOUL, Daniel PLUSKAL, Racha BAATALLAH, Glwadys GAGNOT et. al.

Základní údaje

Originální název

Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases

Autoři

SMITH, Andrea (703 Slovensko, domácí), Martin TOUL (203 Česká republika, domácí), Daniel PLUSKAL (203 Česká republika, domácí), Racha BAATALLAH, Glwadys GAGNOT, José Gaspar RANGEL PAMPLONA PIZARRO PINTO (620 Portugalsko, domácí), Vinicius T. T. SANTANA, Markéta STUCHLÁ (203 Česká republika, domácí), Petr NEUGEBAUER, Pimchai CHAIYEN, Jiří DAMBORSKÝ (203 Česká republika, garant, domácí), David BEDNÁŘ (203 Česká republika, domácí), Yves L. L. JANIN, Zbyněk PROKOP (203 Česká republika, domácí) a Martin MAREK (203 Česká republika, domácí)

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

Impakt faktor

Impact factor: 37.800 v roce 2022

Kód RIV

RIV/00216224:14310/23:00130829

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

UT WoS

000906600100001

Klíčová slova anglicky

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

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 8. 4. 2024 07:49, Mgr. Marie Šípková, DiS.

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
LM2018127, projekt VaV
Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii (Akronym: CIISB)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech Infrastructure for Integrative Structural Biology
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
90242, velká výzkumná infrastruktura
Název: CIISB III