A Novel Fluorescent Probe-Based High-Throughput Screening Approach for Nicotinamide Cofactor Biomimetics-Dependent Oxidoreductases

化学 辅因子 荧光 烟酰胺 生物化学 NAD+激酶 突变体 催化作用 酶催化 组合化学 醛脱氢酶 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 脱氢酶 酶分析 人工酶 摩尔吸收率 醇脱氢酶 印版阅读器 检出限 色谱法
作者
Huiru Wang,Jieyu Zhou,Gu Xiangyuan,Hao Han,Ye Ni
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c06414
摘要

This study demonstrates the successful development of a high-throughput screening platform for nicotinamide cofactor biomimetics (NCBs)-dependent oxidoreductases using a fluorescent probe ((E)-1-methyl-3-(2-(1,3,3-trimethyl-3H-indol-1-ium-2-yl)vinyl)-4,4a-dihydroquinolin-1-ium). By adapting the probe originally designed for NAD(P)H detection, we enabled real-time monitoring of enzymatic reactions involving NCBs like 1-benzyl-3-carbamoylpyridin-1-ium (BNA+). The assay exhibited high sensitivity, showing more than a 10-fold improvement in the molar extinction coefficient (72300 M-1·cm-1) compared with conventional UV-based activity assays that rely on the characteristic absorption of reduced cofactors (e.g., 6220 M-1·cm-1 for NAD(P)H at 340 nm and 7400 M-1·cm-1 for BNAH at 360 nm). This enhanced optical response makes the method particularly suitable for low-concentration detection and high-throughput screening applications. Using this fluorescent probe-based screening assay, SpALDH2, an aldehyde dehydrogenase from Sphingobium sp., was engineered for improved activity toward BNA+ and its analogs, yielding several mutants with enhanced catalytic efficiency. The optimal mutant A244D/M341S exhibited a 17.6-fold increase in catalytic efficiency compared with the wild type. The method was further validated by HPLC, showing a strong correlation between fluorescence intensity and product yield. Overall, this fluorescent probe-based assay provides a versatile and reliable analytical platform for NCB-related research and applications, including enzyme screening, kinetic analysis, and enzyme engineering.
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