黃素蛋白是利用黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）或黃素單核苷酸（FMN）作為輔助因子發揮其功能的蛋白質。大多數黃素蛋白含有FAD或FMN作為可解離的輔因子，只有少數的黃素蛋白含有共價連接的黃素輔因子（主要為FAD）。到目前為止，在天然黃素蛋白中已經鑒定出九種不同類型的共價黃素蛋白連接。研究表明，黃素和宿主蛋白之間的共價鍵可以形成更穩定的蛋白質結構，增加酶活性，調節酶的氧化還原特性，防止輔因子解離，并促進電子轉移。大多數黃素蛋白連接涉及FMN或FAD的異惡唑嗪環系統的芐基部分的氧化還原活性之間的共價鍵。
基于前期研究結果，University of Groningen的Marco W. Fraaije課題組提出了一種在體內黃素輔因子與其宿主蛋白之間建立共價鍵的新方法。該方法是通過使用黃素轉移酶在靶蛋白中對黃素化基序進行工程化改造，結果證明“可解離”的黃素蛋白可以轉化為共價黃素蛋白。通過這種方法，該研究將四種不同的含FMN的蛋白改造成共價黃素酰化蛋白：光氧電壓結構域蛋白質、迷你單線態氧發生器、硝基還原酶和老黃酶家族的烯還原酶。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
優化黃素酰化基序和表達條件使得所有四種黃素蛋白轉變為共價黃素酰化。工程化改造共價黃素蛋白保留了其催化功能，同時還表現出改進的性能，如更高的熱穩定性或催化性能。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
晶體結構研究結果顯示了工程化改造蛋白中的所設計的磷酸蘇氨酸鍵。靶向黃素蛋白在折疊和功能上不同，表明這種引入共價黃素蛋白鍵的方法是一種強大的新方法，可以產生不會失去輔因子的黃素蛋白，從而提高其性能。
圖片來源：J. Am. Chem. Soc.
原文標題：Fixing Flavins: Hijacking a Flavin Transferase for Equipping Flavoproteins with a Covalent Flavin Cofactor
https://doi.org/10.1021/jacs.3c12009
原文作者：Yapei Tong, Saniye G. Kaya, Sara Russo, Henriette J. Rozeboom, Hein J. Wijma, and Marco W. Fraaije*
