真菌细胞色素P450还原酶的结构多样性与功能可塑性及其对CYP–CPR电子转移效率的调控

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Expanding the structural landscape of cytochrome P450 reductases and the effect of redox mediators on CYP-catalyzed reactions

　　**摘要**细胞色素P450还原酶（CPRs）是一类微粒体双黄素氧化还原酶，负责将电子从烟酰胺辅因子转移至II类细胞色素P450单加氧酶（CYPs）。CPRs还可以还原其他蛋白质，包括细胞色素b₅、血红素加氧酶以及脂肪酸延长系统的组成成分，此外还能还原非生理性受体，如细胞色素c、铁氰化钾以及多种药物。尽管结构研究和功能研究为理解CPRs提供了有价值的见解，但现有数据仍不足以全面阐明其电子转移机制及其与多种氧化还原伴侣的相互作用。本研究报道了两种来自真菌的CPR——白色念珠菌（CalCPR）和大麦黑粉菌（Mycosarcoma maydis，原名Ustilago maydis，UmaCPR）的结构与功能表征，并将其性质与此前已表征的CPRs进行了比较。通过截短N端，成功实现了在Escherichia coli中的可溶性表达，并利用细胞色素c和铁氰化钾测定了动力学参数。尽管UmaCPR与子囊菌CPRs的序列相似性高于与哺乳动物CPRs的相似性，但其整体结构却表现出更接近哺乳动物CPRs的特征，包括其FAD结合拓扑结构。我们进一步研究了这两种CPRs支持白色念珠菌CYP52A21活性的能力，并评估了反应环境和氧化还原介导剂对CYP–CPR重构的影响。两种截短的CPRs均能支持CYP活性，其功能表现受到反应环境的强烈影响。添加来自M. maydis的氧化还原介导剂细胞色素b₅显著增强了产物生成，即使使用非天然CPR也是如此。这些发现凸显了CPRs的结构多样性和功能可塑性，并证明更广泛的氧化还原环境可强烈影响CYP–CPR的效率，从而将电子转移的复杂性拓展至传统的CYP–CPR配对之外。**要点**• 子囊菌和担子菌来源的CPRs表现出不同的结构特征。• 来自Mycosarcoma (Ustilago) maydis的CPR在结构上与哺乳动物CPRs更为相似。• CYP–CPR活性受反应环境及细胞色素b5的强烈影响，且可超出经典的蛋白质配对范围。**图形摘要**（配图：展示两种CPR结构与功能的图形摘要）