Advancing NanoLuc Luciferase Stability beyond Directed Evolution and Rational Design through Expert-Guided Deep Learning

热稳定性 定向进化 蛋白质工程 合理设计 人工智能 计算生物学 折叠(DSP实现) 荧光素酶 计算机科学 生化工程 萤光素酶类 定向分子进化 蛋白质折叠 纳米技术 突变体 生物发光 分子动力学 同源建模 化学 生物化学 蛋白质设计 生物 分子识别 合成生物学 底物特异性 生物物理学 酶动力学 过程(计算) 催化效率 拟肽 蛋白质结构 生物系统
作者
Spencer Gardiner,Joseph Talley,Tyler Green,Christopher Haynie,Corbyn Kubalek,Matthew Argyle,William Heaps,Joshua Ebbert,Deon Allen,Dallin Chipman,Bradley C Bundy,Dennis Della Corte
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 2849-2860 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c08789
摘要

Engineered luciferases have transformed biological imaging and sensing, yet optimizing NanoLuc luciferase (NLuc) remains challenging due to the inherent stability-activity trade-off and its limited sequence homology with characterized proteins. We report a hybrid approach that synergistically integrates deep learning with structure-guided rational design to develop enhanced NLuc variants that improve thermostability and thereby activity at elevated temperatures. By systematically analyzing libraries of engineered variants, we established that modifications to termini and loops distal from the catalytic center, combined with preservation of allosterically coupled networks, effectively increase thermal resilience while maintaining enzymatic function. Our optimized variantsnotably B.07 and B.09exhibit substantial thermostability enhancements (increased melting temperatures of 7.2 and 5.1 °C, respectively), leading to the sustained activity of a high-activity mutant at elevated temperatures. Molecular dynamics simulations and protein folding studies elucidate how these mutations favorably modulate conformational landscapes without perturbing the substrate binding architecture. Beyond providing a thermostabilized tool for bioluminescence applications, our integrated methodology presents a framework for engineering enzymes when traditional homology-based approaches fail and stability-activity constraints present formidable barriers to improvement.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
2秒前
wanci应助hxj采纳,获得10
3秒前
3秒前
搜集达人应助hjz采纳,获得10
4秒前
4秒前
Copyright应助swan采纳,获得10
6秒前
JamesPei应助猪八戒采纳,获得10
6秒前
6秒前
小远远发布了新的文献求助10
7秒前
CodeCraft应助doctorbba采纳,获得10
7秒前
小金没烦恼完成签到 ,获得积分10
10秒前
11秒前
谢尔顿发布了新的文献求助30
11秒前
万人如海一身藏完成签到,获得积分20
14秒前
烟花应助丘奇采纳,获得10
14秒前
庾磬完成签到,获得积分10
14秒前
李爱国应助早睡早起采纳,获得10
14秒前
JW完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
CodeCraft应助水告采纳,获得10
16秒前
16秒前
yyq发布了新的文献求助10
17秒前
汉堡包应助肖肖采纳,获得10
18秒前
无花果应助也是龙傲天采纳,获得10
18秒前
猪八戒发布了新的文献求助10
21秒前
张倩发布了新的文献求助10
22秒前
24秒前
怕黑的凝荷完成签到 ,获得积分10
24秒前
爆米花应助愉快宛凝采纳,获得10
26秒前
CipherSage应助徊阳采纳,获得10
28秒前
刘濮源完成签到,获得积分20
28秒前
Geodada完成签到,获得积分10
29秒前
bkagyin应助doctorbba采纳,获得10
29秒前
ptalala完成签到,获得积分10
30秒前
32秒前
触摸涨停板完成签到,获得积分10
33秒前
35秒前
35秒前
111完成签到,获得积分10
36秒前
豆沙包发布了新的文献求助10
36秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Reading and Understanding Health Research 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7252133
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8874534
关于积分的说明 18732619
捐赠科研通 6932127
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3199633
关于科研通互助平台的介绍 2374362
邀请新用户注册赠送积分活动 2174212