طراحی و ساخت فتوپروتئین کایمر با استفاده از جابجایی موتیف های ef-hand

فتوپروتئین های وابسته به کلسیم یکی از اعضای خانواده ی ef-handپروتئین های متصل شونده به کلسیم می باشند. با اضافه شدن کلسیم یک واکنش دکربوکسیلاسیون در پروتئین رخ می دهد که در طی این واکنش کلنترازین متصل به پروتئین به کلنترامید تبدیل شده و نشر بیولومینسانس از پروتئین ساطع می شود. چنانچه از هومولوژی توالی اولیه آن ها انتظار می رود همه ی فتوپروتئین ها ساختار کروی شکل متراکمی دارند. ساختار سوم آن ها شامل دو جفت از چهار مارپیچ است که موتیف helix-turn-helix (hth) را تشکیل می دهند. مارپیچ اول و دوم در انتهای آمینی و مارپیچ سوم و چهارم در انتهای کربوکسیلی قرار دارند. گروه peroxy-coelentrazine به پاکتی بسیار هیدروفوب در ساختار پروتئین متصل می شود که این پاکت به وسیله ی باقیمانده های آمینواسیدی هیدروفوب متعلق به مارپیچ ایجاد می شود. نمیوپسین و اکورین دو فتوپروتئین با اهمیت، به ترتیب متعلق به دو خانواده ی کتنوفور و کلنترات می باشند. این دو گروه از فتوپروتئین های وابسته به کلسیم برخلاف تفاوت بالا در توالی-شان درجه بالایی از شباهت ساختاری نشان می دهند. بر روی فتوپروتئین نمیوپسین جهش های زیادی اعمال شده است اما اغلب آنها منجر به از بین رفتن کامل فعالیت نوری شده است. درتلاشی برای پی بردن به نقش ef-hand ها در واکنش بیولومینسانسی فتوپروتئین ها، فتوپروتئینی کایمر متشکل از اسید آمینه های 1 تا 118 از نمیوپسین (ef-handهای اول و دوم) و 109 و 199 از اکورین (ef-handهای سوم و چهارم) ساخته، بیان و سپس تخلیص گردید. این کایمر براساس نتایج مطالعات مدل سازی و مطالعات تئوری انتخاب شد. نتایج نشان داد که فتوپروتئین کایمر فعال بوده و دارای خصوصیات ساختاری و عملکردی متفاوتی از اکورین و نمیوپسین است. این خصوصیات از قبیل فعال شدن در برابر نور و دامنه ی ph بهینه ی وسیع در phهای اسیدی می باشد. نتایج مطالعات تئوری و تجربی نشان داد که به نظر می رسد موتیف های ef-hand در پروتئین کایمر در جهت تشکیل حفره ی اتصال به کلنترازین در موقعیت مناسبی قرار گرفته اند و ریز محیط مناسبی را برای شروع واکنش نوری ایجاد نموده اند. به-علاوه این مطالعات نشان داد فعالیت بیولومینسانسی فتوپروتئین ها به شدت مرتبط با تشکیل صحیح ریز محیط اطراف کروموفر می باشد، حتی اگر از موتیف های helix-turn-helix متعلق به دو خانواده مختلف که در توالی بسیار متفاوت هستند تشکیل شده باشد.