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Sequence-Structure-Function Classification of a Catalytically Diverse Oxidoreductase Superfamily in Mycobacteria

机译：分枝杆菌中催化多样的氧化还原酶超家族的序列结构功能分类

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The deazaflavin cofactor F-420 enhances the persistence of mycobacteria during hypoxia, oxidative stress, and antibiotic treatment. However, the identities and functions of the mycobacterial enzymes that utilize F-420 under these conditions have yet to be resolved. In this work, we used sequence similarity networks to analyze the distribution of the largest F-420-dependent protein family in mycobacteria. We show that these enzymes are part of a larger split beta-barrel enzyme superfamily (flavin/deazaflavin oxidoreductases, FDORs) that include previously characterized pyridoxamine/pyridoxine-5'-phosphate oxidases and heme oxygenases. We show that these proteins variously utilize F-420, flavin mononucleotide, flavin adenine dinucleotide, and heme cofactors. Functional annotation using phylogenetic, structural, and spectroscopic methods revealed their involvement in heme degradation, biliverdin reduction, fatty acid modification, and quinone reduction. Four novel crystal structures show that plasticity in substrate binding pockets and modifications to cofactor binding motifs enabled FDORs to carry out a variety of functions. This systematic classification and analysis provides a framework for further functional analysis of the roles of FDORs in mycobacterial pathogenesis and persistence. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.
机译：脱氮黄素辅助因子F-420在缺氧，氧化应激和抗生素治疗期间增强了分枝杆菌的持久性。然而，在这些条件下利用F-420的分枝杆菌酶的身份和功能尚待解决。在这项工作中，我们使用序列相似性网络分析了分枝杆菌中最大的F-420依赖性蛋白家族的分布。我们表明这些酶是更大的分裂的β-桶酶超家族（黄素/脱氮黄素氧化还原酶，FDOR）的一部分，其中包括先前表征的吡ido胺/吡啶氧-5'-磷酸氧化酶和血红素加氧酶。我们显示这些蛋白质各种利用F-420，黄素单核苷酸，黄素腺嘌呤二核苷酸和血红素辅因子。使用系统发育，结构和光谱学方法的功能注释显示它们参与血红素降解，biliverdin还原，脂肪酸修饰和醌还原。四种新颖的晶体结构表明，底物结合袋中的可塑性和辅因子结合基序的修饰使FDOR能够执行多种功能。这种系统的分类和分析为进一步分析FDOR在分枝杆菌发病机理和持久性中的作用提供了框架。 （C）2015 Elsevier Ltd.保留所有权利。

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