Báo cáo khoa học: Structural and functional roles for b-strand 7 in the a-crystallin domain of p26, a polydisperse small heat shock protein from Artemia franciscana

Structural and functional roles for β-strand 7 in the α-crystallin domain of p26, a polydisperse small heat shock protein from Artemia franciscana

Tác giả: Yu Sun, Svetla Bojikova-Fournier, and Thomas H. MacRae

Lĩnh vực: Department of Biology, Dalhousie University, Halifax, NS, Canada

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu này tìm hiểu mối quan hệ cấu trúc-chức năng trong protein p26, một loại protein sốc nhiệt nhỏ, đa phân tán từ Artemia franciscana, đặc biệt tập trung vào vai trò của chuỗi β-strand 7 trong miền α-crystallin. Các đột biến điểm được tạo ra để làm sáng tỏ tầm quan trọng của các axit amin được bảo tồn cao đối với chức năng điều chỉnh, lắp ráp và khả năng bảo vệ của protein. Kết quả cho thấy rằng mặc dù các đột biến làm suy giảm đáng kể hoạt động điều chỉnh, chúng ít ảnh hưởng đến sự lắp ráp chuỗi oligomer, cho thấy rằng chức năng điều chỉnh của p26 không phụ thuộc vào sự lắp ráp chuỗi oligomer. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh vai trò của β-strand 7 trong việc hình thành chuỗi oligomer của p26 và khẳng định rằng p26 có khả năng chịu đựng các biến đổi cấu trúc, có thể góp phần vào khả năng chống chịu ứng suất vượt trội của phôi Artemia trong giai đoạn tiềm sinh và ngủ đông.

Mục lục chi tiết:

• Keywords
• Correspondence
• Outparous development in the extremophile crustacean, Artemia franciscana, generates encysted embryos which enter a profound state of dormancy, termed diapause. Encystment is marked by the synthesis of p26, a polydisperse small heat shock protein thought to protect embryos from stress.
• In order to elucidate structural/functional relationships within p26 and other polydisperse small heat shock proteins, and to better define the protein’s role during diapause, amino acid substitutions R110G, F112R, R114A and Y116D were generated within the p26 α-crystallin domain by site-directed mutagenesis.
• These residues were chosen because they are highly conserved across species boundaries, and molecular modelling indicates that they are part of a key structural interface between dimers. The F112R mutation, which had the greatest impact on oligomerization, placed two charged residues at the p26 dimer-dimer interface, demonstrating the importance of β-strand 7 in tetramer formation.
• All mutated versions of p26 were less able than wild-type p26 to confer thermotolerance on transformed bacteria and they exhibited diminished chaperone action in three in vitro assays; however, all variants retained protective activity. This apparent stability of p26 may, by prolonging effective chaperone life in vivo, enhance embryo stress resistance.
• All substitutions modified p26 intrinsic fluorescence, surface hydrophobicity and secondary structure, and the pronounced changes in variant R114A, as indicated by these physical measurements, correlated with the greatest loss of function.
• Although mutation R114A had the greatest effect on p26 chaperoning, it had the least on oligomerization. These results demonstrate that in contrast to many other small heat shock proteins, p26 effectiveness as a chaperone is independent of oligomerization.
• The results also reinforce the idea, occasioned by modelling, that R114 is removed slightly from dimer-dimer interfaces. Moreover, β-strand 7 is shown to have an important role in oligomerization of p26, a function first proposed for this structural element upon crystallization of wheat Hsp16.9, a small heat shock protein with different quaternary structure.
• Protein folding and maintenance of an appropriate 3D structure occur with the assistance of molecular chaperones, including Hsp60 (chaperonins), Hsp70, Hsp90, Hsp104/ClpB, Hsp110 and the small heat shock proteins (sHSPs) [1-6]. Several chaperones are actively involved in protein folding, whereas others, and in particular the sHSPs, protect proteins during stresses such as heat shock, oxidation and hypoxia/anoxia. Molecular chaperones also remove damaged proteins through the action of CHIP, a ubiquitin ligase [6].
• Abbreviations
• ANS, 1-anilino-8-naphthalene-sulphonate; sHSP, small heat shock protein.