БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 1, с. 104–115

УДК 577.22; 577.322.2

Проверка подхода к созданию стабильных форм белков, основанного на предсказании нативно-развернутых участков, на примере рибосомных белков L1*

© 2020 Г.С. Нагибина **, В.В. Марченков, К.А. Глухова, Т.Н. Мельник, Б.С. Мельник

Институт белка PАН, 142290, Пущино Моcковcкая обл., Россия; электронная почта: galina-nagibina@phys.protres.ru

Поступила в редакцию 09.08.2019
После доработки 27.09.2019
Принята к публикации 27.09.2019

DOI: 10.31857/S032097252001008X

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рибосомный белок L1, стабилизация глобулярных белков, нативно-развернутые участки белков, дисульфидные связи.

Аннотация

В наших предыдущих работах была высказана идея о том, что для поиска ослабленных участков в белке можно использовать программы, предсказывающие нативно-развернутые участки по аминокислотной последовательности. Участки, предсказанные такими программами, являются подходящими мишенями для введения мутаций, стабилизирующих белок. Однако при исследовании каждого конкретного белка остается непонятным, что является определяющим для стабилизации — аминокислотная последовательность (и, соответственно, предсказание ослабленности) или пространственная структура белка. Чтобы это выяснить, необходимо исследовать два белка, одинаковых по структуре, но отличающихся по аминокислотной последовательности и, соответственно, с разным предсказанием ослабленности. Введение одинаковых мутаций в одинаковые структурные элементы в разных белках поможет экспериментально выяснить, что является определяющим фактором для повышения стабильности белка — предсказания ослабленности или пространственная упаковка белка. Для таких исследований мы выбрали рибосомные белки L1 из галофильной археи Haloarcula marismortui (HmaL1) и L1 из экстремофильной бактерии Aquifex aeolicus (AaeL1). Эти белки одинаковы по структуре, но различны по аминокислотной последовательности. Показано, что дисульфидная связь, введенная в участок, предсказанный как структурированный в белке AaeL1, не привела к повышению температуры плавления белка. В то же время дисульфидная связь, введенная в такой же структурный элемент, но предсказанный как ослабленный участок в белке HmaL1, привела к повышению температуры плавления приблизительно на 10 градусов.

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-242, 02.12.2019.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта 18-34-00243 мол_а.

Благодарности

Авторы выражают благодарность С.В. Тищенко за предоставленный препарат рРНК.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в финансовой или какой-либо иной сфере.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Jirgensons, S.C., Hnilica, B., and Capetillo, L.S. (1966) Viscosity and conformation of calf thymus histones, Die Makromol. Chemie, 97, 216–224, doi: 10.1002/macp.1966.020970120.

2. DeForte, S., and Uversky, V. (2016) Order, disorder, and everything in between, Molecules, 21, 1090, doi: 10.3390/molecules21081090.

3. He, B., Wang, K., Liu, Y., Xue, B., Uversky, V.N., and Dunker, A.K. (2009) Predicting intrinsic disorder in proteins: an overview, Cell Res., 19, 929–949, doi: 10.1038/cr.2009.87.

4. Jones, D.T., and Cozzetto, D. (2015) DISOPRED3: Precise disordered region predictions with annotated protein-binding activity, Bioinformatics, 31, 857–863, doi: 10.1093/bioinformatics/btu744.

5. Linding, R., Jensen, L.J., Diella, F., Bork, P., Gibson, T.J., and Russell, R.B. (2003) Protein disorder prediction: implications for structural proteomics, Structure, 11, 1453–1459, doi: 10.1016/j.str.2003.10.002.

6. Xue, B., Dunbrack, R.L., Williams, R.W., Dunker, A.K., and Uversky, V.N. (2010) PONDR-FIT: a meta-predictor of intrinsically disordered amino acids, Biochim. Biophys. Acta, 1804, 996–1010, doi: 10.1016/j.bbapap.2010.01.011.

7. Li, J., Feng, Y., Wang, X., Li, J., Liu, W., Rong, L., and Bao, J. (2015) An overview of predictors for intrinsically disordered proteins over 2010–2014, Int. J. Mol. Sci., 16, 23446–23462, doi: 10.3390/ijms161023446.

8. Nagibina, G.S., Tin, U.F., Glukhov, A.S., Melnik, T.N., and Melnik, B.S. (2016) Intrinsic disorder-based design of stabilizing disulphide bridge in Galphao protein, Protein Pept. Lett., 23, 176–184, doi: 10.2174/092986652302160105130540.

9. Lobanov, M.Y., and Galzitskaya, O.V. (2011) The Ising model for prediction of disordered residues from protein sequence alone, Phys. Biol., 8, 35004, doi: 10.1088/1478-3975/8/3/035004.

10. Nikonova, E.Yu., Tishchenko, S.V., Gabdulkhakov, A.G., Shklyaeva, A.A., Garber, M.B., Nikonov, S.V., and Nevskaya, N.A. (2011) Crystal structure of ribosomal protein L1 from the bacterium Aquifex aeolicus, Crystallogr. Rep., 56, 648–652, doi: 10.1134/S1063774511040158.

11. Gabdulkhakov, A., Tishchenko, S., Mikhaylina, A., Garber, M., Nevskaya, N., and Nikonov, S. (2017) Crystal structure of the 23S rRNA fragment specific to r-protein L1 and designed model of the ribosomal L1 stalk from Haloarcula marismortui, Crystals, 7, 37, doi: 10.3390/cryst7020037.

12. Muller, M.P., Peters, H., Blumer, J., Blankenfeld, W., Goody, R., and Itzen, A. (2010) The Legionella effector protein DrrA AMPylates the membrane traffic regulator Rab1b, Science, 329, 946–949.

13. Laemmli, U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4, Nature, 227, 680–685, doi: 10.1038/227680a0.

14. Senin, A.A., Potekhin, S.A., Tiktopulo, E.I., and Filimonov, V.V. (2000) Differential scanning microcalorimeter SCAL-1, J. Therm. Anal. Calorim., 62, 153–160, doi: 10.1023/A:1010171013669.

15. Privalov, P.L., and Potekhin, S.A. (1986) Scanning microcalorimetry in studying temperature-induced changes in proteins, Methods Enzymol., 131, 4–51, doi: 10.1016/0076-6879(86)31033-4.

16. Rao, S.T., and Rossmann, M.G. (1972) Comparison of super-secondary structures in proteins, J. Mol. Biol., 4, 241–250, doi: 10.1016/0022-2836(73)90388-4.

17. Camacho Córdova, D.I., Camacho Ruiz, R.M., Mateos Diaz, J.C., Córdova López, J.A., and Rodriguez González, J.A. (2014) Haloarcula marismortui, eighty-four years after its discovery in the Dead Sea, Int. J. Eng. Res. Technol., 3, 1257–1267.