ویژگی های عملکردی و بیان محلول زعفران CsCCD2

کروسین‌ها محصولات طبیعی مهمی هستند که عمدتاً از کلاله زعفران به دست می‌آیند و می‌توانند به عنوان یک ترکیب دارویی، ادویه و رنگ‌آمیزی در صنایع دارویی، غذایی و آرایشی و بهداشتی مورد استفاده قرار گیرند. دیاکسیژناز 2 برش کاروتنوئید (CsCCD2) یک آنزیم محدود کننده حیاتی است که گزارش شده است که مسئول برش زآگزانتین در مسیر بیوسنتزی کروسین است. با این حال، فعالیت کاتالیزوری CsCCD2 روی β-کاروتن/لیکوپن مبهم باقی مانده است و بیان محلول CsCCD2 همچنان یک چالش بزرگ است.

در این مطالعه، ما ویژگی‌های عملکردی CsCCD2 را گزارش کردیم که می‌تواند نه تنها برش زآگزانتین، بلکه برش بتاکاروتن و لیکوپن را نیز کاتالیز کند. اساس مولکولی عملکرد متفاوت CsCCD2 با استفاده از تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک و مطالعات برش روشن شد. نتایج بهینه‌سازی بیان پروتئین نشان داد که استفاده از برچسب پروتئین متصل شونده به مالتوز (MBP) و بهینه‌سازی شرایط القایی منجر به تولید پروتئین محلول‌تر می‌شود.

به همین ترتیب، راندمان کاتالیزوری CsCCD2 محلول از نوع نامحلول بالاتر بود و نتایج تأیید عملکردی آن را بیشتر تأیید کرد. این مطالعه نه تنها نمایه بستر CsCCD2 را گسترش داد، بلکه به بیان محلول CsCCD2 نیز دست یافت. این یک پلت فرم محکم برای وضوح ساختار کریستالی CsCCD2 فراهم می کند و سنتز کروستین و کروسین ها را تسهیل می کند.

Crocins are important natural products predominantly obtained from the stigma of saffron, and that can be utilized as a medicinal compound, spice, and colorant with significant promise in the pharmaceutical, food, and cosmetic industries. Carotenoid cleavage dioxygenase 2 (CsCCD2) is a crucial limiting enzyme that has been reported to be responsible for the cleavage of zeaxanthin in the crocin biosynthetic pathway. However, the catalytic activity of CsCCD2 on β-carotene/lycopene remains elusive, and the soluble expression of CsCCD2 remains a big challenge.

In this study, we reported the functional characteristics of CsCCD2, that can catalyze not only zeaxanthin cleavage but also β-carotene and lycopene cleavage. The molecular basis of the divergent functionality of CsCCD2 was elucidated using bioinformatic analysis and truncation studies. The protein expression optimization results demonstrated that the use of a maltose-binding protein (MBP) tag and the optimization of the induction conditions resulted in the production of more soluble protein.

Correspondingly, the catalytic efficiency of soluble CsCCD2 was higher than that of the insoluble one, and the results further validated its functional verification. This study not only broadened the substrate profile of CsCCD2, but also achieved the soluble expression of CsCCD2. It provides a firm platform for CsCCD2 crystal structure resolution and facilitates the synthesis of crocetin and crocins.