Glow‐type conversion and characterization of a minimal luciferase via mutational analyses

萤光素酶类 生物发光 荧光素酶 热稳定性 化学发光 基质(水族馆) 突变体 桡足类 化学 生物物理学 生物化学 生物 色谱法 生态学 转染 基因 甲壳动物
作者
Yuki Ohmuro‐Matsuyama,Hideji Matsui,Masaki Kanai,Tadaomi Furuta
出处
期刊:FEBS Journal [Wiley]
卷期号:290 (23): 5554-5565
标识
DOI:10.1111/febs.16937
摘要

Luciferases are widely used as reporter proteins in various fields. Recently, we developed a minimal bright luciferase, picALuc, via partial deletion of the artificial luciferase (ALuc) derived from copepods luciferases. However, the structures of copepod luciferases in the substrate‐bound state remain unknown. Moreover, as suggested by structural modeling, picALuc has a larger active site cavity, unlike that in other copepod luciferases. Here, to explore the bioluminescence mechanism of picALuc and its luminescence properties, we conducted multiple mutational analyses, and identified residues and regions important for catalysis and bioluminescence. Mutations of residues likely involved in catalysis (S33, H34, and D55) markedly reduced bioluminescence, whereas that of residue (E50) (near the substrate in the structural model) enhanced luminescence intensity. Furthermore, deletion mutants (Δ70–Δ78) in the loop region (around I73) exhibited longer luminescence lifetimes (~ 30 min) and were reactivated multiple times upon re‐addition of the substrate. Due to the high thermostability of picALuc, one of its representative mutant (Δ74), was able to be reused, that is, luminescence recycling, for day‐scale time at room temperature. These findings provide important insights into picALuc bioluminescence mechanism and copepod luciferases and may help with sustained observations in a variety of applications.
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