天然产生的或人类衍生的芳香化合物存在于环境中1, 2, 3。一些生物源芳香化合物是植物次生代谢产物，具有多种生物功能。例如，有些在植物对抗生物胁迫中起作用，而像木质素这样的化合物则提供结构支持1, 4, 5。此外，人类衍生的芳香化合物包含多环芳烃（PAHs），这些化合物是由于有机物质（如化石燃料、垃圾和烟草）燃烧不完全而释放到环境中的6, 7。这些PAHs与许多健康问题有关，包括多种类型的癌症6, 7。未取代的芳香化合物具有很高的稳定性，并且由于其惰性而难以降解1, 8, 9。氧合酶在自然界中广泛存在，它们催化芳香化合物与环境中的氧气（O2）反应，生成儿茶酚（1,2-二羟基苯）或原儿茶酸（3,4-二羟基苯甲酸）10, 11。人类需要多种酶来代谢PAHs，包括通过氧化酶系统的环氧化作用，随后与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸或硫酸结合后排出[12]。然而，细菌和真菌可以利用环内二醇裂解双加氧酶（IDRCDs）和环外二醇裂解双加氧酶（ERCDs）更有效地降解这些儿茶酚和原儿茶酸代谢物[13]。生物工程领域已经关注真菌和细菌处理PAHs的天然能力14, 15, 16。随着PAHs的积累和多样化，参与催化这些有害毒素降解的新酶或工程酶变得至关重要17, 18。
以前认为主要存在于细菌和真菌中的IDRCD编码基因，已在节肢动物Tetranychus urticae（二斑叶螨；TSSM）的基因组中被发现[19]。这种破坏性螨虫可以取食超过1,100种植物，包括150种作物[20]。此外，TSSM由于拥有丰富的解毒酶而发展出了对大多数用于控制它的化学物质的抗性20, 21, 22。最近对T. urticae中的IDRCDs（TuIDRCDs）的研究开始探索它们在植物代谢物和杀虫剂代谢中的作用。Schlachter等人首次报道了TSSM中IDRCD家族的晶体结构[23]，其中包括同源物Tetur07g02040（UniProt代码：T1K8P1）[24]。这项工作显示TuIDRCDs与细菌和真菌的同源物之间存在显著差异。功能上，Tetur07g02040对模型底物儿茶酚的亲和力与细菌同源物相似[23]，但在催化反应速度上要慢得多，kcat低四个数量级[23]。结构上，Tetur07g02040是单体的，具有开放的催化位点，而大多数细菌和真菌的IDRCDs则不是[23]。因此，据推测这种TuIDRCD与迄今为止描述的唯一单体真菌IDRCD相似，已经进化为能够高效催化多环化合物和较大的单环化合物（如咖啡酰辅酶A）的反应23, 25, 26, 28。
Njiru等人[25]的最新研究表明，重组TuIDRCDs能够催化多种多环植物次生代谢物，其中一些在植物防御中起作用。这些酶中的一些与已知的解毒酶（如P450s）共同调节表达，由HR96类异源传感器介导[29]。此外，发现其中两种IDRCD在叶螨的肠道中表达并发挥作用，这表明IDRCDs的扩展和这些酶的多功能性可能与叶螨能够取食多种植物宿主有关[25]。Ruffato等人[30]发现，一种针对选定TuIDRCD的小分子抑制剂对叶螨具有杀螨效果。由于TuIDRCDs很可能从真菌水平转移而来，并且在人类、有益的农业节肢动物（如蜜蜂）中不存在，因此它们成为开发特定生物杀螨剂的理想目标23, 25, 30。此外，这一前所未有的酶家族因其降解环境中芳香化合物的潜力而具有吸引力。这一点很有优势，因为TSSM中的IDRCDs在降解芳香化合物方面比细菌和真菌的同源物更有效1, 23, 26, 30。
本研究关注的是TuIDRCD930（由基因编码）的蛋白质，特别关注其结构、生化和功能特性。选择这种蛋白质是因为在TSSM取食番茄植物时其表达上调，表明该蛋白质可能在叶螨适应番茄的过程中起作用[25]。TuIDRCD930与已表征的Tetur07g02040只有27%的序列相同，并在功能和生化水平上存在差异。与Tetur07g02040相比，TuIDRCD930在略酸性的pH范围内具有更高的活性和热稳定性。此外，我们发现了一种前所未有的二聚化模式，不同于细菌和真菌的同源物。这种二聚化发生在酸性环境中，并涉及不可逆的共价键形成。这种新的寡聚状态被认为具有生物学意义，因为二聚化发生在与叶螨肠道推测pH值相似的条件下[31]。目前，已有两种TuIDRCD被报道位于叶螨肠道中，虽然未对进行测试，但假设TuIDRCD930也在肠道中分泌并具有活性[25]。值得注意的是，TuIDRCD930的二聚化不会影响其开放的催化位点，显示出与细菌和真菌同源物不同的二聚性质。此外，还探讨了这种酶在二聚形式下对多环化合物的偏好。总之，这项工作揭示了IDRCD家族的一种新的二聚化模式。我们的数据为理解这一新的酶家族提供了新的见解，有助于叶螨适应多种植物，并找到控制这种害虫的新方法。
