Orphan nuclear receptor NGFI-B forms dimers with nonclassical interface

The orphan receptor nerve growth factor-induced B (NGFI-B) is a member of the nuclear receptor's subfamily 4A (Nr4a). NGFI-B was shown to be capable of binding both as a monomer to an extended half-site containing a single AAAGGTCA motif and also as a homodimer to a widely separated everted repeat, as opposed to a large number of nuclear receptors that recognize and bind specific DNA sequences predominantly as homo- and/or heterodimers. To unveil the structural organization of NGFI-B in solution, we determined the quaternary structure of the NGFI-B LBD by a combination of ab initio procedures from small-angle X-ray scattering (SAXS) data and hydrogen-deuterium exchange followed by mass spectrometry. Here we report that the protein forms dimers in solution with a radius of gyration of 2.9 nm and maximum dimension of 9.0 nm. We also show that the NGFI-B LBD dimer is V-shaped, with the opening angle significantly larger than that of classical dimer's exemplified by estrogen receptor (ER) or retinoid X receptor (RXR). Surprisingly, NGFI-B dimers formation does not occur via the classical nuclear receptor dimerization interface exemplified by ER and RXR, but instead, involves an extended surface area composed of the loop between helices 3 and 4 and C-terminal fraction of the helix 3. Remarkably, the NGFI-B dimer interface is similar to the dimerization interface earlier revealed for glucocorticoid nuclear receptor (GR), which might be relevant to the recognition of cognate DNA response elements by NGFI-B and to antagonism of NGFI-B-dependent transcription exercised by GR in cells. Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press. Copyright © 2007 The Protein Society.

Sodium dodecyl sulfate (SDS) effect on the thermal stability of oxy-HbGp: Dynamic light scattering (DLS) and small angle X-ray scattering (SAXS) studies

Glossoscolex paulistus (HbGp) hemoglobin is an oligomeric protein, presenting a quaternary structure constituted by 144 globin and 36 non-globin chains (named linkers) with a total molecular mass of 3.6MDa. SDS effects on the oxy-HbGp thermal stability were studied, by DLS and SAXS, at pH 5.0, 7.0 and 9.0. DLS and SAXS data show that the SDS-oxy-HbGp interactions induce a significant decrease of the protein thermal stability, with the formation of larger aggregates, at pH 5.0. At pH 7.0, oxy-HbGp undergoes complete oligomeric dissociation, with increase of temperature, in the presence of SDS. Besides, oxy-HbGp 3.0mg/mL, pH 7.0, in the presence of SDS, has the oligomeric dissociation process reduced as compared to 0.5mg/mL of protein. At pH 9.0, oxy-HbGp starts to dissociate at 20°C, and the protein is totally dissociated at 50°C. The thermal dissociation kinetic data show that oxy-HbGp oligomeric dissociation at pH 7.0, in the presence of SDS, is strongly dependent on the protein concentration. At 0.5mg/mL of protein, the oligomeric dissociation is complete and fast at 40 and 42°C, with kinetic constants of (2.1±0.2)×10-4 and (5.5±0.4)×10-4s-1, respectively, at 0.6mmol/L SDS. However, at 3.0mg/mL, the oligomeric dissociation process starts at 46°C, and only partial dissociation, accompanied by aggregates formation is observed. Moreover, our data show, for the first time, that, for 3.0mg/mL of protein, the oligomeric dissociation, denaturation and aggregation phenomena occur simultaneously, in the presence of SDS. Our present results on the surfactant-HbGp interactions and the protein thermal unfolding process correspond to a step forward in the understanding of SDS effects. © 2013 Elsevier B.V.

Caracterização da interação de inositol hexafosfato e cloreto com hemoglobina humana: aspectos energéticos e estruturais

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

Estudos conformocionais de diversas proteínas em solução utilizando a técnica de espalhamento de raios-X à baixo ângulo-saxs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Determinação da entalpia e da entropia de solvatação da superfície protéica a partir da energética de oxigenação de hemoglobinas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo das estruturas terciária e quaternária de proteínas por espalhamento de raios X a baixos ângulos integrado a técnicas de modelagem

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Characterization of a Hexameric Exo-Acting GH51 alpha-l-Arabinofuranosidase from the Mesophilic Bacillus subtilis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) effect on the thermal stability of oxy-HbGp: Dynamic light scattering (DLS) and small angle X-ray scattering (SAXS) studies

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

How pH Modulates the Dimer-Decamer Interconversion of 2-Cys Peroxiredoxins from the Prx1 Subfamily

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Agelotoxin: a phospholipase A(2) from the venom of the neotropical social wasp cassununga (Agelaia pallipes pallipes) (Hymenoptera-Vespidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Low resolution structural characterization of the Hsp70-interacting protein - Hip - from Leishmania braziliensis emphasizes its high asymmetry

The Hsp70 is an essential molecular chaperone in protein metabolism since it acts as a pivot with other molecular chaperone families. Several co-chaperones act as regulators of the Hsp70 action cycle, as for instance Hip (Hsp70-interacting protein). Hip is a tetratricopeptide repeat protein (TPR) that interacts with the ATPase domain in the Hsp70-ADP state, stabilizing it and preventing substrate dissociation. Molecular chaperones from protozoans, which can cause some neglected diseases, are poorly studied in terms of structure and function. Here, we investigated the structural features of Hip from the protozoa Leishmania braziliensis (LbHip), one of the causative agents of the leishmaniasis disease. LbHip was heterologously expressed and purified in the folded state, as attested by circular dichroism and intrinsic fluorescence emission techniques. LbHip forms an elongated dimer, as observed by analytical gel filtration chromatography, analytical ultracentrifugation and small angle X-ray scattering (SAXS). With the SAXS data a low resolution model was reconstructed, which shed light on the structure of this protein, emphasizing its elongated shape and suggesting its domain organization. We also investigated the chemical-induced unfolding behavior of LbHip and two transitions were observed. The first transition was related to the unfolding of the TPR domain of each protomer and the second transition of the dimer dissociation. Altogether. LbHip presents a similar structure to mammalian Hip, despite their low level of conservation, suggesting that this class of eukaryotic protein may use a similar mechanism of action. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Combined snake venomics and venom gland transcriptomic analysis of Bothropoides pauloensis

Unraveling the repertoire of venom toxins of Bothropoides pauloensis was assessed by snake venomics and venom gland transcriptomic surveys. Both approaches yielded converging overall figures, pointing to metalloproteinases (similar to 37%), PLA(2)s (26-32%), and vasoactive (bradykinin-potentiating) peptides (12-17%) as the major toxin classes. The high occurrence of SVMPs, PLA(2) molecules, vasoactive peptides, along with serine proteinases, explains the local and systemic effects observed in envenomations by B. pauloensis. Minor (<3%) C-type lectin, serine proteinase, L-amino acid oxidase, nerve growth factor, and CRISP molecules were also identified in the transcriptome and the proteome. Low abundance (0.3%) EST singletons coding for vascular endothelial growth factor (svVEGF), ohanin, hyaluronidase, and 5' nucleotidase were found only in the venom gland cDNA library. At the molecular level, the transcriptomic and proteomic datasets display low compositional concordance. In particular, although there is good agreement between transcriptome and proteome in the identity of BPPs, PLA(2) molecules and L-amino acid oxidase, both datasets strongly depart in their C-type lectin and SVMP complements. These data support the view that venom composition is influenced by transcriptional and translational mechanisms and emphasize the value of combining proteomic and transcriptomic approaches to acquire a more complete understanding of the toxinological profile and natural history of the snake venom. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

The Role of Nanometer-Scaled Ligand Patterns in Polyvalent Binding by Large Mannan-Binding Lectin Oligomers

Mannan-binding lectin (MBL) is an important protein of the innate immune system and protects the body against infection through opsonization and activation of the complement system on surfaces with an appropriate presentation of carbohydrate ligands. The quaternary structure of human MBL is built from oligomerization of structural units into polydisperse complexes typically with three to eight structural units, each containing three lectin domains. Insight into the connection between the structure and ligand-binding properties of these oligomers has been lacking. In this article, we present an analysis of the binding to neoglycoprotein-coated surfaces by size-fractionated human MBL oligomers studied with small-angle x-ray scattering and surface plasmon resonance spectroscopy. The MBL oligomers bound to these surfaces mainly in two modes, with dissociation constants in the micro to nanomolar order. The binding kinetics were markedly influenced by both the density of ligands and the number of ligand-binding domains in the oligomers. These findings demonstrated that the MBL-binding kinetics are critically dependent on structural characteristics on the nanometer scale, both with regard to the dimensions of the oligomer, as well as the ligand presentation on surfaces. Therefore, our work suggested that the surface binding of MBL involves recognition of patterns with dimensions on the order of 10-20 nm. The recent understanding that the surfaces of many microbes are organized with structural features on the nanometer scale suggests that these properties of MBL ligand recognition potentially constitute an important part of the pattern-recognition ability of these polyvalent oligomers. The Journal of Immunology, 2012, 188: 1292-1306.

Kryoelektronenmikroskopie von Proteinen: 3D-Struktur (12 A) des Hämocyanins der Schnecke Haliotis

Zusammenfassung:Die Quartärstruktur des respiratorischen Proteins Hämocyanin (Isoform HtH1) aus der marinen Schnecke Haliotis tuberculata wurde vermittels Kryoelektronen-mikroskopie und 3D-Rekonstruktion untersucht. Das Molekül ist zylinderförmig, hat einen Durchmesser von ca. 35 nm und besteht aus einer Zylinderwand und einem internen Kragenkomplex. Dieser wiederum besteht aus einem Collar und einem Arc.Die kryoelektronenmikroskopischen Aufnahmen von in glasartigem Eis fixierten HtH1-Molekülen brachte eine enorme Verbesserung der Anzahl der zur Verfügung stehenden Ansichtswinkel gegenüber den negativkontrastierten Molekülen, die auf Karbonfilm präpariert waren.Die 3D-Rekonstruktion des HtH1 mittels Aufnahmen bei drei verschiedenen Defo-kuswerten verbesserte die Auflösung noch einmal deutlich gegenüber den Rekon-struktionen, die aus Aufnahmen bei einem festen Defokuswert gemacht wurden, und zwar auf 12 Å. Das Molekül besitzt eine D5-Symmetrie.Aus dieser bisher genausten Rekonstruktion eines Molluskenhämocyanins aus EM-Bildern ließen sich folgende neue Strukturdetails ableiten:· Ein Untereinheitendimer konnte als Repeating Unit im Dekamer des HtH1 beschrieben werden.· Das Untereinheitendimer konnte aus der 3D-Dichtekarte isoliert werden. Es be-steht eindeutig aus 16 Massen, die funktionellen Domänen entsprechen. Zwei dieser Massen bilden den Collar, zwei den Arc und 12 das Wandsegment.· Die gegenläufige Anordnung der beiden Untereinheiten innerhalb dieses Unte-reinheitendimers konnten bestätigt und auf zwei Möglichkeiten eingeschränkt werden.· Die Zahl der alternativen Anordnungen der 16 funktionellen Domänen (HtH1-a bis HtH1-h) im Untereinheitendimer konnten von 80 auf 2 eingeengt werden.· Es konnte über molekulares Modellieren mithilfe einer publizierten Kristallstruk-tur eine 3D-Struktur fastatomarer Auflösung der funktionellen Domäne HtH1-g berechnet werden.· Die funktionelle Domäne HtH1-g konnte als Domänenpaar plausibel in die 3D?Dichtekarte des Untereinheitendimers eingepasst werden, und zwar in die beiden Massen des Arc.Aus der elektronenmikroskopisch gewonnenen Dichtekarte wurde mit Hilfe des

3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.