Молекулярно-динамічне дослідження амілоїдогенних мутантів лізоциму людини
Анотація
Мутанти людського лізоциму здатні утворювати фібрили, які пов'язані з етіологією системного або ниркового амілоїдозу. Було проведено серію 100 нс молекулярно-динамічних (МД) симуляцій дикого типу (WT) людського лізоциму та його семи амілоїдогенних мутантів (I56T, D67H, F57I, W64R, Y54N, F57I / T70N і T70N / W112R) при температурі 500 К. Молекулярно-динамічне моделювання було проведене за допомогою програмного пакету GROMACS (версія 5.1) в силовому полі CHARMM36m. Результати МД моделювання були проаналізовані в термінах параметрів, що характеризують як глобальну так і локальну структуру білка, таких як середньоквадратичне відхилення остову ланцюга, радіус інерції, площа поверхні, доступна для розчинника, середньоквадратичні флуктуації та вміст вторинної структури. В залежності від спостережуваних ефектів, досліджувані мутанти були умовно розділені на три групи: мутанти з більшою (Y54N та F57I/T70N), подібною (D67H та I56T) та меншою (W64, F57I та T70N/W112R) швидкістю розгортання у порівнянні з WT білком. Аналіз флуктуаційної поведінки білка показав, що у більшості мутантів β-домену притаманні сильні флуктуації (за винятком W64R і F57I) та більша гнучкість C- і D-спіралей у порівнянні з нативним лізоцимом, за винятком W64R та Y54N, у яких виявлено помітне зниження (W64R) або зростання (Y54N) рухливості практично всіх залишків. Аналіз еволюції вторинної структури свідчить про більш високу стабільність α-домену порівняно з β-доменом. Отримані результати підтверджують думку про те, що глобальна структурна дестабілізація, викликана мутацією, не є єдиним фактором, який сприяє неправильному згортанню білків, а модифікація конформації та динаміки окремих областей поліпептидного ланцюга також можуть відігравати важливу роль у формуванні амілоїдних фібрил.
Завантаження
Посилання
S. Meehan, T.J. Knowles, A.J. Baldwin, J.F. Smith, A.M. Squires, P. Clements, T.M. Treweek, H. Ecroyd, G.G. Tartaglia, M. Vendruscolo, C.E. Macphee, C.M. Dobson and J.A Carver, J. Mol. Biol. 372, 2007470–484 (2007).
R. Tycko, Annu. Rev. Phys. Chem. 62, 279–299 (2011).
A.W.P. Fitzpatricka, G.T .Debelouchinac, M.J. Bayroc, D.K. Clared, M.A. Caporinic, V.S. Bajajc, C.P. Jaroniec, L. Wang, V. Ladizhansky,. S.A. Müller, C.E. MacPhee, C.A. Waudby, H.R. Mott, A. De Simone, T.P.J. Knowles, H.R. Saibil, M. Vendruscolo, E.V. Orlova, R.G. Griffin and C.M. Dobson, PNAS. 14, 145468-145473 (2013).
N. Cremades and C. M. Dobson, Neurobiol. Dis. 109, 178–190 (2018).
L.S. Straub and D. Thirumalai, Annu. Rev. Phys. Chem. 62, 437-463 (2011).
F. Chiti and C. M. Dobson, Annu. Rev. Biochem. 86, 27-68 (2017).
M. Calamai, F. Chiti and C.M. Dobson, Biophys. J. 89, 4201–4210 (2005).
F. Chiti and C.M. Dobson, Annu. Rev. Biochem. 75, 333-366 (2006).
U. Sengupta, A.N. Nilson and R. Kayed, EBioMedicine. 6, 42–49 (2016).
M. Stefani, Biochim. Biophys. Acta. 1739, 5–25 (2004).
M. Belli, M. Ramazzotti and F. Chiti, EMBO reports. 12, 657-663 (2011).
Y. Liu, B. Ren, Y. Zhang, Y. Sun, Y. Chang, G. Liang, L. Xu and J. Zheng, Biochim. Biophys. Acta Biomembr. (2018) Advance online publication. doi: 10.1016/j.bbamem.2018.02.004
P.J. Artymiuk and C.C.F. Blake, J. Mol. Biol. 152, 737–762 (1981).
S. Reitamo, M. Klockars, M. Adinolfi and E.F. Osserman, La Ricerca in Clinica E in Laboratorio. 8, 211–231 (1978).
D.M. Chipman and N. Sharon, Science. 165, 454–465 (1969).
B.G. Merlini and V. Bellotti, Clinica Chimica Acta. 357, 168–172 (2005).
T. Durek, V.Y. Torbeev and S.B.H. Kent, PNAS. 104, 4846 – 4851 (2007).
M.B. Pepys, P.N. Hawkins, D.R. Booth, D.M. Vigushin, G.A. Tennent, A.K. Soutar, N.F. Totty, O.F. Nguyen, C.C.F. Blake, C. Terry, T.G. Feest, A.M. Zalin and J. J. Hsuan, Nature. 362, 553–557 (1993).
M.M. Picken, Arch. Pathol. Lab. Med. 134, 545-551 (2010).
B. Granel, S. Valleix, J. Serratrice, P. Chérin, A. Texeira, P. Disdier, P.J. Weiller and G.O. Grateau, Medicine (Baltimore). 85, 66-73 (2006).
M. Yazaki, S.A. Farrell and M.D. Benson, Kidney International. 63, 1652–1657 (2003).
S. Valleix, S. Drunat, J.B. Philit, D. Adoue, J.C. Piette, D. Droz, B. MacGregor, D. Canet, M. Delpech and G. Grateau, Kidney International. 61, 907–912 (2002).
S. Girnius, M. Skinner, B. Spencer, T. Prokaeva, C. Bartholomew, C. O'Hara, D.C. Seldin, L.H. Connors, Amyloid. 19, 182 185 (2012).
C. Rocken, K. Becker, M. Fandrich, V. Schroeckh, B. Stix, T. Rath, T. Kähne, J. Dierkes, A. Roessner, F.W. Albert, Hum. Mutat. 27, 119–120 (2006).
J.R.K. Johnson, J. Christodoulou, M. Dumoulin, G. Caddy, M.J. Alcocer, G.J. Murtagh, J.R. Kumita, G. Larsson, C.V. Robinson, D.B. Archer, B. Luisi and C.M. Dobson, J. Mol. Biol. 352, 823-836 (2005).
M. Ahn, C.L. Hagan, A. Bernardo-Gancedo, E. De Genst, F.N. Newby, J. Christodoulou, A. Dhulesia, M. Dumoulin, C.V. Robinson, C.M. Dobson and J.R. Kumita, Biophys. J. 111, 2358–2367 (2016).
M. Dumoulin, J.R. Kumita and C.M. Dobson, Accounts of Chemical Research. 39, 603–610 (2006).
D.R. Booth, M.B. Pepys and P.N. Hawkins, Hum. Mutat. 16, 180 (2000).
G. Esposito, J. Garcia, P. Mangione, S. Giorgetti, A. Corazza, P. Viglino, F. Chiti, A. Andreola, P. Dumy, D. Booth, P.N. Hawkins and V. Bellotti, J. Biol. Chem. 278, 25910–25918 (2003).
E. Frare, M. Mossuto, P. Polverino de Laureto, M. Dumoulin, C. Dobson and A. Fontana, J. Mol. Biol. 361, 551-561 (2006).
D.R. Booth, M. Sunde, V. Bellotti, C.V. Robinson, W.L. Hutchinson, P.E. Fraser, P.N. Hawkins, C.M. Dobson, S.E. Radford, C.C. Blake and M.B. Pepys, Nature. 385, 787–793 (1997).
M. Dumoulin, D. Canet, A.M. Last, E. Pardon, D.B. Archer, S. Muyldermans, L. Wyns, A. Matagne, C.V. Robinson, C. Redfield and C.M. Dobson, J. Mol. Biol. 346, 773–788 (2005).
H.L. Liu, Y.C. Wu, J.H. Zhao, Y.F. Liu, C.H. Huang, H.W. Fang and Y. Ho, Biotechnology Progress. 23, 246-254 (2007).
G. Moraitakis and J.M. Goodfellow, Biophys. J. 84, 2149–2158 (2003).
A.J. Trexler and M.R. Nilsson, Science. 8, 537-557 (2007).
S. Ohnishia and K. Takano, CMLS. 61, 511–524 (2004).
L.A. Morozova-Roche, J. Zurdo, A. Spencer, W. Noppe, V. Receveur, D.B. Archer, M. Joniau and C.M. Dobson, J. Struct. Biol. 130, 339–351 (2000).
D. Canet, A.M. Last, P. Tito, M. Sunde, A. Spencer, D.B. Archer, C. Redfield, C.V. Robinson and C.M. Dobson, Nature Structural Biology. 9, 308–315 (2002).
J. Funahashi, K. Takano, K. Ogasahara, Y. Yamagata and K. Yutani, Journal of Biochemistry. 120, 1216–1223 (1996).
J.R. Kumita, J.R.K. Johnson, M.J. Alcocer, M. Dumoulin, F. Holinquist, M.G. McCammon, C.V. Robinson, D.B. Archer and C.M. Dobson, FEBS J. 273, 711-720 (2006).
J. Huang and A. MacKerell, J. Comput. Chem. 34, 2135–2145 (2013).
S. Jo, J. Lim, J. Klauda and W. Im, Biophys. J. 97, 50-58 (2009).
T. Darden, D. York and L. Pedersen, J. Chem. Phys. 98, 10089–10092 (1993).
W. Humphrey, A. Dalke and K. Schulten, J. Mol. Graph. 14, 33–38 (1996).
J. Gsponer and A. Caflisch, PNAS. 99, 6719- 6724 (2002).
R. Zhou, M. Eleftheriou, C.C. Hon, R.S. Germain, A.K. Royyuru and B.J. Berne, IBM Journal of Research and Development. 52, 19-30 (2008).
H.L. Liu, Y.C. Wu, J.H. Zhao, H.W. Fang and Y. Ho, J. Biomol. Struct. Dyn. 24, 229-238 (2006).
A. Dhulesia, N. Cremades, J.R. Kumita, S.T.D. Hsu, M.F. Mossuto, M. Dumoulin, D. Nietlispach, M. Akke, X. Salvatella and C.M. Dobson, J. Am. Chem. Soc. 132, 15580–15588 (2010).
A.K. Buell, A. Dhulesia, M.F. Mossuto, N. Cremades, J.R. Kumita, M. Dumoulin, M.E. Welland, T.P.J. Knowles, X. Salvatella and C.M. Dobson, J. Am. Chem. Soc. 133, 7737–7743 (2011).
Авторське право (c) 2018 EEJP, Tarabara U., Trusova V., Vus K., Ryzhova O., Gorbenko G., 2018
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
