Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases
Identifikátory výsledku
Kód výsledku v IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00159816%3A_____%2F23%3A00079733" target="_blank" >RIV/00159816:_____/23:00079733 - isvavai.cz</a>
Nalezeny alternativní kódy
RIV/00216224:14310/23:00130829 RIV/00216305:26620/23:PU148240
Výsledek na webu
<a href="https://www.nature.com/articles/s41929-022-00895-z" target="_blank" >https://www.nature.com/articles/s41929-022-00895-z</a>
DOI - Digital Object Identifier
<a href="http://dx.doi.org/10.1038/s41929-022-00895-z" target="_blank" >10.1038/s41929-022-00895-z</a>
Alternativní jazyky
Jazyk výsledku
angličtina
Název v původním jazyce
Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases
Popis výsledku v původním jazyce
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.
Název v anglickém jazyce
Catalytic mechanism for Renilla-type luciferases
Popis výsledku anglicky
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.
Klasifikace
Druh
J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science
CEP obor
—
OECD FORD obor
10403 - Physical chemistry
Návaznosti výsledku
Projekt
Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.
Návaznosti
P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)
Ostatní
Rok uplatnění
2023
Kód důvěrnosti údajů
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Údaje specifické pro druh výsledku
Název periodika
Nature Catalysis
ISSN
2520-1158
e-ISSN
2520-1158
Svazek periodika
6
Číslo periodika v rámci svazku
1
Stát vydavatele periodika
DE - Spolková republika Německo
Počet stran výsledku
16
Strana od-do
23-38
Kód UT WoS článku
000906600100001
EID výsledku v databázi Scopus
—