细长聚球藻（Synechococcus elongatus），原名Anacystis nidulans，是蓝藻的代表种。它也是研究光活化的模式生物，即使在接受高紫外线剂量后也可以完全光活化。然而，长期以来，在细长聚球藻中只发现了一种光解酶，它只能光修复紫外线诱导的 DNA 中的环丁烷嘧啶二聚体 (CPD)。
2022年5月27日，皖南医学院徐蕾团队在Nucleic Acids Research （IF=17）在线发表题为“Identification and characterization of a prokaryotic 6-4 photolyase from Synechococcus elongatus with a deazariboflavin antenna chromophore ”的研究论文，该研究描述了细长聚球藻中的另一种光解酶，它属于铁硫细菌隐花色素和光解酶 (FeS-BCP)，它是原核 6-4 光解酶的亚型。这种光解酶被命名为 SePhrB，它可以有效地光修复 DNA 中的 6-4 光产物。
化学分析表明，SePhrB 含有一个催化 FAD 辅因子和一个铁硫簇。以前报道的所有 FeS-BCP 都含有6,7-二甲基-8-核糖嘧啶 (DMRL) 作为其天线生色团。该研究证明了 SePhrB 具有7,8-二甲基-8-羟基-5-脱氮杂核黄素 (8-HDF) 作为天线发色团。然而，SePhrB 可以在没有外部电子供体的情况下进行光还原。经过光还原后，SePhrB 中还原的 FAD 辅因子对空气氧化非常稳定。这些结果表明，FeS-BCPs 比预期的更多样化，值得进一步研究。
蓝藻是地球上最古老的生物之一，大约在 30 亿年前就开始进行有氧光合作用。它们还贡献了全球初级生产的很大一部分。蓝藻依靠阳光作为能源来完成这些工作。同时，它们受到阳光的紫外线成分的影响，这会在 DNA 中诱导环丁烷嘧啶二聚体 (CPD, ∼70–90%) 和 (6–4) 嘧啶-嘧啶酮光产物 (6–4 photoproduct, ∼10–30%)。必须修复这些有害病变，才能恢复 DNA 的正常功能。事实上，众所周知，蓝藻拥有一种有效的 DNA 修复机制，称为光活化，通过这种机制，紫外线诱导的损伤可以通过称为光解酶 (EC 4.1.99.3) 的酶使用外部光能直接修复。
细长聚球藻（Synechococcus elongatus ）是著名的蓝藻代表种，多年来被称为Anacystis nidulans 。它是研究转化能力、生物钟和光活化的模式生物。结果表明，在接受广泛的紫外线照射后，细长聚球藻可以通过光活化完全恢复。克隆了细长聚球藻的 CPD 光解酶基因并在大肠杆菌细胞中异源表达。与从细长聚球藻细胞中纯化的光解酶相比，E. coli 表达的细长聚球藻CPD 光解酶仍然具有活性，它含有催化辅因子 FAD，但缺少天线辅因子 7,8-二甲基-8-羟基-5-脱氮杂核黄素（ 8-HDF，或命名为 FO)。
细长聚球藻 CPD光解酶的结构得到了很好的解析，并利用该酶获得了第一个光解酶-CPD样病变复合体结构。然而，存在一个差异，即在细长聚球藻中发现的只有一种光解酶不能负责光活化的完全恢复，因为 6-4 光产物没有被 CPD 光解酶修复。
SePhrB 和其他蛋白质的光谱和薄层色谱分析（图源自Nucleic Acids Research ）
在农杆菌、球形红杆菌、霍乱弧菌和鞘氨醇单胞菌中发现了一种新型的光解酶，称为铁硫细菌隐花色素和光解酶 (FeS-BCP)，并提出 FeS-BCPs 应广泛分布于原核生物中。生化和结构研究表明，这些 FeS-BCP 可以光修复 6-4 光产物，并具有催化 FAD 辅因子、铁硫簇和独特的天线辅因子6,7-二甲基-8-核糖嘧啶(DMRL)。还表明球形红杆菌FeS-BCP (RsCryB) 具有调节光合作用和能量代谢基因表达的细菌隐花色素功能。然而，最近发现一些其他不含铁硫簇的原核 6-4 光解酶，如 Prochlorococcus marinus Proma PL，与 FeS-BCP 一起被归入同一系统发育组。因此，最好将整个组命名为“原核6-4光解酶”，并将FeS-BCPs视为它的一个亚型。
基因组序列分析表明，细长聚球藻含有三个光解酶/隐色素基因：先前描述的 CPD 光解酶基因 (SephrA)、FeS-BCP 基因 (SephrB) 和短光解酶样 (SPL) 基因 (SephrC)。在这项研究中，克隆了 SehrB 基因并在大肠杆菌细胞中表达。正如预期的那样，SePhrB 具有催化 FAD 辅因子和具有 6-4 光解酶活性的铁硫簇。然而，在大肠杆菌表达的 SePhrB 中未检测到天线辅因子。
异源表达 FO 合酶能够在大肠杆菌中生物合成 8-HDF。当 SePhrB 和 Streptomyces coelicolor 的 FO 合酶在大肠杆菌中共表达时，分离的 SePhrB 蛋白携带额外的辅因子 8-HDF，这也增加了修复活性。据研究人员所知，这是首次报道 FeS-BCP 拥有 8-HDF 作为其天线辅助因子而不是 DMRL。然而，发现在没有外部电子供体的情况下，SePhrB 可以被光还原，并且光还原的 SePhrB 对空气氧化非常稳定。 SePhrB 的独特性质意味着 FeS-BCP 比预期的更加多样化，需要进一步研究以更好地了解这种类型的蛋白质。
参考消息：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac416/6594080
转自：iNature
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