Site-by-site tracking of signal transduction in an azidophenylalanine-labeled bacteriophytochrome with step-scan FTIR spectroscopy
Julkaisuvuosi
2021
Tekijät
Kurttila, Moona; Stucki-Buchli, Brigitte; Rumfeldt, Jessica; Schroeder, Lea; Häkkänen, Heikki; Liukkonen, Alli; Takala, Heikki; Kottke, Tilman; Ihalainen, Janne
Tiivistelmä
Signal propagation in photosensory proteins is a complex and multidimensional event. Unraveling such mechanisms site-specifically in real time is an eligible but a challenging goal. Here, we elucidate the site-specific events in a red-light sensing phytochrome using the unnatural amino acid azidophenylalanine, vibrationally distinguishable from all other protein signals. In canonical phytochromes, signal transduction starts with isomerization of an excited bilin chromophore, initiating a multitude of processes in the photosensory unit of the protein, which eventually control the biochemical activity of the output domain, nanometers away from the chromophore. By implementing the label in prime protein locations and running two-color step-scan FTIR spectroscopy on the Deinococcus radiodurans bacteriophytochrome, we track the signal propagation at three specific sites in the photosensory unit. We show that a structurally switchable hairpin extension, a so-called tongue region, responds to the photoconversion already in microseconds and finalizes its structural changes concomitant with the chromophore, in milliseconds. In contrast, kinetics from the other two label positions indicate that the site-specific changes deviate from the chromophore actions, even though the labels locate in the chromophore vicinity. Several other sites for labeling resulted in impaired photoswitching, low structural stability, or no changes in the difference spectrum, which provides additional information on the inner dynamics of the photosensory unit. Our work enlightens the multidimensionality of the structural changes of proteins under action. The study also shows that the signaling mechanism of phytochromes is accessible in a time-resolved and site-specific approach by azido probes and demonstrates challenges in using these labels.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Kustantaja
Volyymi
23
Numero
9
Sivut
5615-5628
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
2
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Osittain avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Biokemia, solu- ja molekyylibiologia
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdistynyt kuningaskunta
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1039/d0cp06553f
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä