Elektronentransport in einem Rezeptorprotein für Licht, Sauerstoff und Spannung ohne photoaktives Cystein

 

Herzlichen Glückwunsch an Dr. Mehdi D. Davari für seine neue Publikation!

Absorbiert das Flavin-Chromophor eines LOV-Photorezeptors (Light, Oxygen, Voltage – Licht, Sauerstoff und Spannung) blaues Licht, werden photochemische Reaktionen ausgelöst, die in der Bildung eines Flavin-Cystein-Adduktes im Rezeptor resultieren. Lange wurde angenommen, dass die Bildung dieses Adduktes essentiell für den photochemischen Signalweg ist. Jedoch zeigte sich vor kurzer Zeit, dass auch Photorezeptor-Varianten der LOV-Familie, die kein photoaktives Cystein beinhalten, eine funktionelle Antwort auf ein Lichtsignal geben können. Die Photoreduktion von Flavin zu einem neutralen Semichinonradikal ist somit ausreichend für eine effiziente Signaltransduktion. Bis heute ist jedoch der genaue Mechanismus des Elektronen- und Protonentransfers im Rezeptor ungeklärt.

In dieser gemeinschaftlichen Studie haben wir einen Protonentransfer in ein natürlicherweise nicht photoreduzierbares iLOV-Protein eingebracht. Eine einzelne Aminosäure-Substitution (Q489D) war schon ausreichend, um eine effiziente Photoreduktion unter aeroben Bedingungen zu ermöglichen. Dies lässt darauf schließen, dass ein Elektronentransfer-Signalweg in diesem Protein grundsätzlich inaktiv vorhanden ist. Wir haben die Transfermechanismen (Elektronen- und Protonentransfer) dieser Rezeptor-Variante mithilfe einer Kombination aus UV/Vis, transienter Abdorption, Elektronenspinresonanzspektroskopie und zielgerichteter Mutagenese untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass mehrere Tyrosin- und Tryptophan-Reste, die in allen LOV-Proteinen hochkonserviert sind, für den Elektronentransfer zur Flavin-Photoreduktion maßgeblich sind. Dies legt nahe, dass eine Basis zur Photoreduktion in allen LOV-Domänen grundsätzlich vorhanden ist, während ein effizienter Protonentransfer für die Stabilisierung des neutralen Semichinon-Radikals benötigt wird.

Zugang zur Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente.

Kopka, B., Magerl, K., Savitsky, A., Davari, M.D., Röllen, K., Bocola, M., Dick, B., Schwaneberg, U., Jaeger, K.E., Krauss, U.; Electron transfer pathways in a light, oxygen, voltage (LOV) protein devoid of the photoactive cysteine; Scientific Reports 7, Article number: 13346 (2017); doi:10.1038/s41598-017-13420-1