Design of AsLOV2 domain as a carrier of light‐induced dissociable FMN photosensitizer

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作者
Kristína Felčíková,Andrej Hovan,Marek Polák,Dmitry S. Loginov,Veronika Holotová,Carlos Dı́az,Tibor Kožár,One Sun Lee,Rastislav Varhač,Petr Novák,Gregor Bánó,Erik Sedlák
出处
期刊:Protein Science [Wiley]
卷期号:33 (4)
标识
DOI:10.1002/pro.4921
摘要

Flavin mononucleotide (FMN) is a highly efficient photosensitizer (PS) yielding singlet oxygen (1 O2 ). However, its 1 O2 production efficiency significantly decreases upon isoalloxazine ring encapsulation into the protein matrix in genetically encoded photosensitizers (GEPS). Reducing isoalloxazine ring interactions with surrounding amino acids by protein engineering may increase 1 O2 production efficiency GEPS, but at the same time weakened native FMN-protein interactions may cause undesirable FMN dissociation. Here, in contrast, we intentionally induce the FMN release by light-triggered sulfur oxidation of strategically placed cysteines (oxidation-prone amino acids) in the isoalloxazine-binding site due to significantly increased volume of the cysteinyl side residue(s). As a proof of concept, in three variants of the LOV2 domain of Avena sativa (AsLOV2), namely V416C, T418C, and V416C/T418C, the effective 1 O2 production strongly correlated with the efficiency of irradiation-induced FMN dissociation (wild type (WT) < V416C < T418C < V416C/T418C). This alternative approach enables us: (i) to overcome the low 1 O2 production efficiency of flavin-based GEPSs without affecting native isoalloxazine ring-protein interactions and (ii) to utilize AsLOV2, due to its inherent binding propensity to FMN, as a PS vehicle, which is released at a target by light irradiation.

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