Structural heterogeneity in biliverdin modulates spectral properties of Sandercyanin fluorescent protein
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Sandercyanin, a blue homo-tetrameric lipocalin protein purified from Canadian walleye ( Stizostedion vitreus ), is the first far-red fluorescent protein reported in vertebrates(1–3). Sandercyanin binds non-covalently to biliverdin IXα (BLA) and fluoresces at 675nm on excitation at 375nm and 635nm(1). Sandercyanin fluorescence can be harnessed for many in vivo applications when engineered into a stable monomeric form. Here, we report the spectral properties and crystal structures of engineered monomeric Sandercyanin-BLA complexes. Compared to wild-type protein, monomeric Sandercyanin (∼18kDa) binds BLA with similar affinities and show a broad red-shifted absorbance spectra but possess reduced quantum efficiency. Crystal structures reveal D-ring pyrrole of BLA rotated around the C14-C15 bond, which is stabilized by neighboring aromatic residues and increased water-mediated polar contacts in the BLA-binding pocket. A tetrameric Sandercyanin variant (Tyr-142-Ala) co-displaying red- and far-red absorbing states, and reduced fluorescence shows similar conformational changes in BLA binding pocket. Our results suggest that D-ring flexibility of BLA and its rearrangement reduces the fluorescence quantum-yield of monomeric Sandercyanin. Structures of monomeric Sandercyanin could be utilized as prototypes to generate bright BLA-inducible fluorescent proteins. Further, our study postulates a mechanism for modulating photo-states in BLA-bound lipocalins, known only in phytochromes till date. Significance Statement Sandercyanin is a tetrameric red fluorescent protein from a blue variant of walleye ( Stizostedion vitreum) that binds to biliverdin IXα (BLA). Its biophysical properties and structures have been published earlier(1). A bright and stable monomeric Sandercyanin could be utilized as a fusion protein for fluorescence-based applications. Here we report the first structures and spectral properties of fluorescent monomeric Sandercyanin-BLA complexes and describe the molecular basis of modulated spectral properties due to rotated D-ring pyrrole around C14-C15 bond and re-shuffling of BLA-binding pocket. BLA-bound monomeric Sandercyanin could be engineered into brighter variants for in-vivo applications. Our study also reveals an unfamiliar mechanism in BLA-binding lipocalins that regulates red- and far-red absorbance states.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».