Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение домена олигомеризации малого белка теплового шока с молекулярной массой 16,3 КДА с помощью методов спектроскопии электронного парамагнитного резонанса

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Парфёнова, Мария Александровна

СПИСОК РИСУНКОВ.'

СПИСОК ТАБЛИЦ.

ВВЕДЕНИЕ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изучение домена олигомеризации малого белка теплового шока с молекулярной массой 16,3 КДА с помощью методов спектроскопии электронного парамагнитного резонанса"

Цель исследования.14

Задачи исследования.14

Научная новизна работы.15

Практическая значимость работы.15

Публикации.15

Апробация работы.15

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Парфёнова, Мария Александровна

выводы

Изучен домен олигомеризации белка теплового шока микобактерии туберкулеза с молекулярной массой 16,3 кДа с помощью сканирования меткой свободного радикала и с применением методов ЭПР. В данной работе было показано следующее:

1. Сравнение гомологичных участков белка теплового шока (16,3 кДа) с другими белками теплового шока и альфа-кристаллином указывает на наличие домена олигомеризации (91-105) в мБТШ 16,3, несмотря на существенные различия в первичной последовательности. Аминокислотные остатки 98, 100, и 102 являются наиболее консервативными.

2. Домен олигомеризации мБТШ 16,3 между аминокислотами 93 и 105 представляет собой бета-структуру, которая расположена на разделе фаз (между водной оболочкой и гидрофобным ядром белка). Четные аминокислотные остатки этой последовательности обладают меньшей вращательной мобильностью и менее доступны водорастворимым веществам, чем нечетные аминокислотные остатки. Эти различия менее выражены на участке аминокислотных остатков с 99 по 105, что является показателем большего удаления этого сегмента домена от водной оболочки белка.

3. Меченый нитроксильной меткой, аминокислотный остаток 103 в белке проявляет спектральные характеристики сильно выраженного диполь-дипольного взаимодействия. Это результат указывает на расположение этого аминокислотного остатка и всего домена олигомеризации в непосредственной близости к оси симметрии нонамера.

4. Число взаимодействующих доменов олигомеризации в мБТШ 16,3 равно трем, что отличается от большинства других эволюционно-родственных белков теплового шока, таких как альфа-кристаллин, в которых взаимодействуют два домена олигомеризации.

5. Изучение последствий мутаций в домене олигомеризации мБТШ 16,3 (между аминокислотами 91 и 105) на олигомеризацию показало, ни одна из замен не нарушает формирования тримеров. Тем не менее, замена аминокислотных остатков 91, 92, 93, 95, 96 и 100 негативно влияет на ассоциацию тримеров, что указывает на участие этих аминокислотных остатков в процессе ассоциации тримеров в нонамеры.

6. Изучение последствий мутаций в домене олигомеризации мБТШ 16,3 (между аминокислотами 91 и 105) на шаперонную функцию показало, что функция мало изменена у большинства изученных белков.

7. Создана модель четвертичной структура мБТШ 16,3.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Shimada, M., Chen, X., Cvrk, T., Hilfiker, H., Parfenova, M., Segre, G.V. 2002. Purification and characterization of a receptor for human parathyroid hormone and parathyroid hormone-related peptide. J Biol Chem 277: 31774-80.

2. Parfenova M.Cysteine specific labeling of human parathyroid hormone receptor and tethered-ligand receptor. Thesis, Sept 2002.

3. Parfenova, M., Feix, J.B., Segre, G.V. Endocrine Unit, Massachusetts General Hospital Conference, October 2001.

4. Parfenova, M., Feix, J.B., Segre, G.V. Endocrine Unit, Massachusetts General Hospital Conference, April 2001.

5. Parfenova, M., Feix, J.B., Segre, G.V. National Biomedical ESR Center Conference, Milwaukee, May 2000.

6. Parfenova, M., Feix, J.B. Structure and conformational changes of extracellular loop 5 of ferric-enterobactin protein A (FepA) with and without its ligand and colicin B. National Biomedical ESR Center Conference, Milwaukee, April 1999.

7. Berengian, A.R., Parfenova, M., Mchaourab, H.S. 1999. Site-directed spin labeling study of subunit interactions in the alpha-crystallin domain of small heat-shock proteins. Comparison of the oligomer symmetry in alphaA-crystallin, HSP 27, and HSP 16,3. J Biol Chem 274:6305-14.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Парфёнова, Мария Александровна, Москва

1. Abulimiti, A., Qiu, X., Chen, J., Liu, Y., Chang, Z. 2003. Reversible methionine sulfoxidation of Mycobacterium tuberculosis small heat shock protein Hspl6.3 and its possible role in scavenging oxidants. Biochem Biophys Res Commun 305:87-93.

2. Agrewala, J.N., Wilkinson, R.J. 1998. Differential regulation of Thl and Th2 cells by p91-110 and p21-40 peptides of the 16-kD alpha-crystallin antigen of Mycobacterium tuberculosis. Clin Exp Immunol 114:392-7

3. Altenbach C, Flitsch SL, Khorana HG, Hubbell WL. 1989. Structural studies on transmembrane proteins. 2. Spin labeling of bacteriorhodopsin mutants at unique cysteines. Biochemistry 28:7806-12.

4. Altenbach, C., Greenhalgh, D. A., Khorana, H. G., Hubbell, W. L. 1994. Proc Natl Acad SciUSA 91:1667-1671.

5. Auerbach, O., Hobby, G.L., Small, M.G., Lenert, T.F., Comer, J.V. 1955. The clinicopathologic significance of the demonstration of viable tubercle bacilli in resected lesions. J Thorac Surg 29: 109-132.

6. Barnes JP, Liang Z, Mchaourab HS, Freed JH, Hubbell WL. 1999. A multifrequency electron spin resonance study of T4 lysozyme dynamics. Biophys J76:3298-306.

7. Berengian AR, Bova MP, Mchaourab HS. 1997. Structure and function of the conserved domain in alphaA-crystallin. Site-directed spin labeling identifies a beta-strand located near a subunit interface. Biochemistry 36:9951-7.

8. Boom WH, Balaji KN, Nayak R, Tsukaguchi K, Chervenak KA.1994. Characterization of a 10- to 14-kilodalton protease-sensitive Mycobacterium tuberculosis H37Ra antigen that stimulates human gamma delta T cells. Infect Immun 62:5511-8.

9. Borbat PP, McHaourab HS, Freed JH. 2002. Protein structure determination using longdistance constraints from double-quantum coherence ESR: study of T4 lysozyme. J Am Chem 5,ocl24:5304-14.

10. Bova MP, Ding LL, Horwitz J, Fung BK. 1997. Subunit exchange of alphaA-crystallin. J Biol Chem 272:29511-7.

11. Bova MP, McHaourab HS, Han Y, Fung BK. 2000. Subunit exchange of small heat shock proteins. Analysis of oligomer formation of alphaA-crystallin and Hsp27 by fluorescence resonance energy transfer and site-directed truncations. J Biol Chem 275:1035-42.

12. Caspers GJ, Leunissen JA, de Jong WW. 1995. The expanding small heat-shock protein family, and structure predictions of the conserved "alpha-crystallin domain". J Mol Evol 40:238-48.

13. Chen, Y., Lu, Y.J., Wang, H.W., Quan, S., Chang, Z., Sui, S.F. 2003. Two-dimensional crystallization of a small heat shock protein HSP16.3 on lipid layer. Biochem Biophys Res Commun 310:360-6.

14. Coates AR, Hewitt J, Allen BW, Ivanyi J, Mitchison DA. 1981. Antigenic diversity of Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis detected by means of monoclonal antibodies. Lancet 2:167-9.

15. Cunningham, A.F. and Spreadbury, C.L. 1998. Micobacterial stationary phase induced by low oxygen tension: cell wall thickening and localization of the 16-kilodalton a-crystallin homolog. J Bacteriol 180:801-808.

16. Dannenberg, A. M., Jr. 1993. Immunopathogenesis of pulmonary tuberculosis. Hosp Practl 5:51-58.

17. De Jong, W. W., Caspers, G., and Leunissen, J. A. 1998. Genealogy of the alpha-crystallin—small heat-shock protein superfamily. Int J Biol Macromol 22:151-162.

18. Dolin, P.J., Raviglione, M.C., Kochi, A. 1994. Global tuberculosis incidence and mortality during 1990-2000. Bull. W.H.O. 72: 213-220.

19. Dubaniewicz, A. 2000. Immunogenic Mycobacterium tuberculosis heat shock protein in tuberculosis. Pol Merkuriusz Lek 8:353-5.

20. Ehrnsperger M, Graber S, Gaestel M, Buchner J. 1997. Binding of non-native protein to Hsp25 during heat shock creates a reservoir of folding intermediates for reactivation. EMBO J 16:221-9.

21. Engers HD, Brunner KT, Cerottini JC. 1986. Cytolytic activity mediated by T lymphocytes.

22. Methods Enzymol 132:437-45.

23. Fu, X., Chang, Z. 2004. Temperature-dependent subunit exchange and chaperone-like activities of Hspl6.3, a small heat shock protein from Mycobacterium tuberculosis. Biochem Biophys Res Commun 316:291-9.

24. Fu, X., Li, W., Mao, Q., Chang, Z. 2003. Disulfide bonds convert small heat shock protein Hspl6.3 from a chaperone to a non-chaperone: implications for the evolution of cysteine in molecular chaperones. Biochem Biophys Res Commun 308:627-35.

25. Fu, X., Liu, C., Liu, Y., Feng, X., Gu, L., Chen, X., Chang, Z. 2003. Small heat shock protein Hspl6.3 modulates its chaperone activity by adjusting the rate of oligomeric dissociation. Biochem Biophys Res Commun 310:412-20.

26. Ginsberg, A.M. 2000. A proposed national strategy for tuberculosis vaccine development. Clin Infect Dis 30 (Suppl. 3),S233-S242.

27. Greenhalgh DA, Altenbach C, Hubbell WL, Khorana HG. 1991. Locations of Arg-82, Asp-85, and Asp-96 in helix C of bacteriorhodopsin relative to the aqueous boundaries. Proc Natl Acad Sci USA 88:8626-30.

28. Gu, L., Abulimiti, A., Li, W., Chang, Z. 2002. Monodisperse Hspl6.3 nonamer exhibits dynamic dissociation and reassociation, with the nonamer dissociation prerequisite for chaperone-like activity. J Mol Biol 319:517-26.

29. Haley DA, Bova MP, Huang QL, Mchaourab HS, Stewart PL. 2000. Small heat-shock protein structures reveal a continuum from symmetric to variable assemblies. J Mol Biol 298:261-72.

30. Haley DA, Horwitz J, Stewart PL. 1998. The small heat-shock protein, alphaB-crystallin, has a variable quaternary structure. J Mol Biol 277:27-35.

31. Horwitz J. 1993. Proctor Lecture. The function of alpha-crystallin. Invest Ophthalmol Vis Sci 34:10-22.

32. Hubbell WL, Mchaourab HS, Altenbach C, Lietzow MA. 1996. Watching proteins move using site-directed spin labeling. Structure 4:779-83.

33. Hubbell, W.L., Cafiso, D.S., Altenbach, C. 2000. Identifying conformational changes with site-directed spin labeling. Nat Struct Biol 7:735-9.

34. Hubbell, W.L., Gross, A., Langen, R., Lietzow, M.A. 1998. Recent advances in site-directed spin labeling of proteins. Curr Opin Struct Biol 8:649-56.

35. Koteiche HA, Berengian AR, Mchaourab HS. 1998. Identification of protein folding patterns using site-directed spin labeling. Structural characterization of a betasheet and putative substrate binding regions in the conserved domain of alpha A-crystallin.

36. Biochemistry 37:12681 -8. Koteiche HA, Mchaourab HS. 1999. Folding pattern of the alpha-crystallin domain in alphaA-crystallin determined by site-directed spin labeling. J Mol Biol 294:56177.

37. Koteiche HA, Mchaourab HS. 2002. The determinants of the oligomeric structure in Hspl6.5 are encoded in the alpha-crystallin domain. FEBS Lett 519:16-22.

38. Koteiche HA, McHaourab HS. 2003. Mechanism of chaperone function in small heat-shock proteins. Phosphorylation-induced activation of two-mode binding in alphaB-crystallin. J Biol Chem 278:10361-7.

39. Mansoor SE, McHaourab HS, Farrens DL. 1999. Determination of protein secondary structure and solvent accessibility using site-directed fluorescence labeling. Studies of T4 lysozyme using the fluorescent probe monobromobimane. Biochemistry 38:16383-93.

40. Mao, Q., Ke, D., Chang, Z. 2001. Electrostatic interactions play a critical role in Mycobacterium tuberculosis Hspl6.3 binding of substrate proteins. Biochemistry (Mosc) 66:904-8.

41. Mao, Q., Ke, D., Feng, X., Chang, Z. 2001. Preheat treatment for Mycobacterium tuberculosis Hspl6.3: correlation between a structural phase change at 60 degrees C and a dramatic increase in chaperone-like activity. Biochem Biophys Res Commun 284:942-7.

42. Marchler-Bauer, A., et al, 2003. CDD: a curated Entrez database of conserved domain alignments. Nucleic Acids Res 31: 383-387.

43. Matthews, R., A. Scoging, and A. D. M. Rees. 1985. Mycobacterial antigen specific human T cell clones secreting macrophage activating factors. Immunology 54:1723.

44. Mchaourab HS, Dodson EK, Koteiche HA. 2002. Mechanism of chaperone function in small heat shock proteins. Two-mode binding of the excited states of T4 lysozyme mutants by alphaA-crystallin. J Biol Chem 277:40557-66.

45. Mchaourab HS, Kalai T, Hideg K, Hubbell WL. 1999. Motion of spin-labeled side chains in T4 lysozyme: effect of side chain structure. Biochemistry 38:2947-55.

46. Mchaourab HS, Lietzow MA, Hideg K, Hubbell WL. 1996. Motion of spin-labeled side chains in T4 lysozyme. Correlation with protein structure and dynamics. Biochemistry 35:7692-704.

47. Mchaourab HS, Oh KJ, Fang CJ, Hubbell WL. 1997. Conformation of T4 lysozyme in solution. Hinge-bending motion and the substrate-induced conformational transition studied by site-directed spin labeling. Biochemistry 36:307-16.

48. Molloy, A., Laochumroonvorapong, P., and G. Kaplan. 1994. Apoptosis, but not necrosis, of infected monocytes is coupled with killing of intracellular Bacillus Calmette-Guerin. J Exp Med 180:1499-1509.

49. Oftung, F., A. S. Mustafa, R. Hussen, R. A. Young, and T. Godal. 1987. Human T cell clones recognize two abundant Mycobacterium tuberculosis protein antigens expressed in Escherichia coli. Nature (London) 138:927-931.

50. Oh KJ, Zhan H, Cui C, Altenbach C, Hubbell WL, Collier RJ. 1999. Conformation of the diphtheria toxin T domain in membranes: a site-directed spin-labeling study of the TH8 helix and TL5 loop. Biochemistry 38:10336-43.

51. Parsell DA, Lindquist S. 1993. The function of heat-shock proteins in stress tolerance: degradation and reactivation of damaged proteins. Annu Rev Genet 27:437-96.

52. Parsell DA, Taulien J, Lindquist S. 1993. The role of heat-shock proteins in thermotolerance.

53. Philos Trans R Soc LondB Biol Sci 339:279-85; discussion 285-6.

54. Perozo E, Cortes DM, Cuello LG. 1999. Structural rearrangements underlying K+-channel activation gating. Science 285:73-8.

55. Perozo E, Cortes DM, Cuello LG.1998. Three-dimensional architecture and gating mechanism of a K+ channel studied by EPR spectroscopy. Nat Struct Biol 5:45969.

56. Preneta, R., Papavinasasundaram, K.G., Cozzone, A.J., Duclos, B. 2004. Autophosphorylation of the 16 kDa and 70 kDa antigens (Hsp 16.3 and Hsp 70) of Mycobacterium tuberculosis. Microbiology 150:2135-41.

57. Rao PV, Horwitz J, Zigler JS Jr. 1993. Alpha-crystallin, a molecular chaperone, forms a stable complex with carbonic anhydrase upon heat denaturation. Biochem Biophys ResCommun 190:786-93.

58. Rook, G. A. W., and B. R. Bloom. 1994. Mechanisms of pathogenesis in tuberculosis. In B. R. Bloom (ed.), Tuberculosis: pathogenesis, protection, and control. American Society for Microbiology, Washington, D.C. p. 485-501.

59. Sathish HA, Koteiche HA, McHaourab HS. 2004. Binding of destabilized betaB2-crystallin mutants to alpha-crystallin: the role of a folding intermediate. J Biol Chem 279:16425-32.

60. Sathish HA, Stein RA, Yang G, Mchaourab HS. 2003. Mechanism of chaperone function in small heat-shock proteins. Fluorescence studies of the conformations of T4 lysozyme bound to alphaB-crystallin. J Biol Chem 278:44214-21.

61. Sudre, P., ten Dam, G., Kochi, A. 1992. Tuberculosis: a global overview of the situation today. Bull. W.H.O. 70: 149-159.

62. Van Montfort, R.L., Basha, E., Friedrich, K.L., Slingsby, C., Vierling, E. 2001. Crystal structure and assembly of a eukaryotic small heat shock protein. Nat Struct Biol 8:1025-1030.