DXCFシアノバクテリオクロームサブファミリーにおけるフィコビオロビリンの形成とスペクトルチューニング

フィトクロムは、システイン結合線形テトラピロール（ビリン）発色団の光スイッチを介して光に対する適応反応を調節する赤/遠赤色の光強化タンパク質です。関連するシアノバクテリオクロム（CBCRS）は、フィトクロムスーパーファミリーの光強化範囲を可視光の短い波長に拡張します。CBCRとフィトクロムは、ビリンの付着に必要な保存されたCYS残基を共有しています。多くの場合、青/緑色のフォトサイクルに関連する1つのCBCRサブファミリーでは、2番目のCysは保存されたASP-XAA-CYS-PHE（DXCF）モチーフ内にあり、青/緑色のフォトサイクルに不可欠です。このようなDXCF CBCRは、フィコシアノビリン（PCB）発色団を関連するフィコビオロビリン（PVB）に同種化して、緑色光を感知するための共役系を短くします。ここでは、大腸菌の個々のCBCRドメインの組換え発現を使用して、Cyanobacterium nostoc butctiformeのDXCFサブファミリーを調査します。十分に解決された光輝度を持つ10の新しい光受容体と、重複した暗ap剤および光プロダクト状態を持つ3つの追加の光プロテインについて説明します。このサブファミリーがPVBを形成またはPCBを保持する能力は、光生成物を調整するための強力なメカニズムを提供することを示しています。さらに、青吸収の暗い状態を欠く新しい緑/ティールCBCRを使用して、PVB形成にDXCF CYS残基が必要であることを実証します。私たちの結果は、このサブファミリーが以前に高く評価されていたよりもはるかに多くのスペクトルの多様性を示していることを示しています。

Phytochromes are red/far-red photosensory proteins that regulate adaptive responses to light via photoswitching of cysteine-linked linear tetrapyrrole (bilin) chromophores. The related cyanobacteriochromes (CBCRs) extend the photosensory range of the phytochrome superfamily to shorter wavelengths of visible light. CBCRs and phytochromes share a conserved Cys residue required for bilin attachment. In one CBCR subfamily, often associated with a blue/green photocycle, a second Cys lies within a conserved Asp-Xaa-Cys-Phe (DXCF) motif and is essential for the blue/green photocycle. Such DXCF CBCRs use isomerization of the phycocyanobilin (PCB) chromophore into the related phycoviolobilin (PVB) to shorten the conjugated system for sensing green light. We here use recombinant expression of individual CBCR domains in Escherichia coli to survey the DXCF subfamily from the cyanobacterium Nostoc punctiforme. We describe ten new photoreceptors with well-resolved photocycles and three additional photoproteins with overlapping dark-adapted and photoproduct states. We show that the ability of this subfamily to form PVB or retain PCB provides a powerful mechanism for tuning the photoproduct absorbance, with blue-absorbing dark states leading to a broad range of photoproducts absorbing teal, green, yellow, or orange light. Moreover, we use a novel green/teal CBCR that lacks the blue-absorbing dark state to demonstrate that PVB formation requires the DXCF Cys residue. Our results demonstrate that this subfamily exhibits much more spectral diversity than had been previously appreciated.