Origem e evolução estrutural da atividade oxigenase/luciferásica em AMP/CoA-ligases e luciferases de besouros

• Processo: 12/04857-0
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de agosto de 2012 - 31 de julho de 2014
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Radiologia e Fotobiologia
• Pesquisador responsável: Vadim Viviani
• Beneficiário: Vadim Viviani
• Instituição-sede: Centro de Ciências e Tecnologias para a Sustentabilidade (CCTS). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). Sorocaba , SP, Brasil
• Pesq. associados: Mário Tyago Murakami
• Assunto(s): Bioluminescência Luciferases Enzimas Acetato-CoA ligase

Resumo

As luciferases de besouros, se originaram a partir de AMP-ligases. Por terem duas funções catalíticas, de AMP/CoA-ligase e de oxigenase bioluminescente, constituem modelos muito úteis para investigar a origem estrutural e funcional de novas funções catalíticas em enzimas durante a evolução. Dada a importância biotecnológica das luciferases, tais conhecimentos de estrutura, função e evolução molecular são também essenciais para desenvolver luciferases e até implementar atividade bioluminescente em novas enzimas com diferentes propriedades e maior aplicabilidade. Até o momento somente as estruturas tridimensionais das luciferases emissoras de luz verde-amarela dos vagalumes lampirídeos Photinus pyralis, na ausência de substratos, e Luciola cruciata na presença do análogo DLSA foram resolvidas, e várias luciferases de besouros emissoras de diferentes cores de bioluminescência foram clonadas e a relação entre estrutura e espectros de bioluminescência foram parcialmente investigadas em alguns deste modelos. Entretanto, a origem estrutural e evolutiva da função oxigenásica, que confere a atividade bioluminescente nas luciferases, permanece praticamente desconhecida. Recentemente clonamos uma enzima tipo-luciferase de Zophobas morio que constitui um modelo ideal de protoluciferase. Através da caracterização desta enzima e estudos comparativos com luciferases de besouros clonadas pelo nosso grupo, já identificamos um importante determinante estrutural da atividade luciferásica nesta enzima. Porém estes estudos ainda estão incompletos e os resíduos e partes do sítio-ativo diretamente envolvidos com a atividade oxigenásica precisam ser determinados. Além disto, a função enzimática e substrato natural desta enzima ainda não são conhecidos. Assim, neste trabalho investigaremos: (1) a relação entre estrutura e atividade luciferásica nesta enzima e em luciferases típicas, através de estudos de mutagênese sítio-dirigida e randômica; (2) a atividade tioesterásica na presença de diferentes substratos carboxílicos para identificar o possível substrato natural e função desta enzimas; (3) a atividade oxigenásica comparativa com as luciferases de besouros clonadas e (4) a estrutura do sítio ativo na presença de CoA e análogos de luciferina para identificarmos o sítio de ligação do oxigênio. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VIVIANI, VADIM R.; RODRIGUES NEVES, DEIMISON; TRABUCO AMARAL, DANILO; PRADO, ROGILENE A.; MATSUHASHI, TAKUTO; HIRANO, TAKASHI. Bioluminescence of Beetle Luciferases with 6 `-Amino-D-luciferin Analogues Reveals Excited Keto-oxyluciferin as the Emitter and Phenolate/Luciferin Binding Site Interactions Modulate Bioluminescence Colors. BIOCHEMISTRY, v. 53, n. 32, p. 5208-5220, AUG 19 2014. (12/04857-0, 11/23961-0)

VIVIANI, V. R.; AMARAL, D. T.; NEVES, D. R.; SIMOES, A.; ARNOLDI, F. G. C.. The Luciferin Binding Site Residues C/T311 (S314) Influence the Bioluminescence Color of Beetle Luciferases through Main-Chain Interaction with Oxyluciferin Phenolate. BIOCHEMISTRY, v. 52, n. 1, p. 19-27, JAN 8 2013. (12/04857-0, 11/23961-0)