Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54378 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ INVESTIGATION OF EFFECT OF DISULPHIDE BOND ON STABILITY OF L1 PROTEIN STRUCTURE ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСУЛЬФИДНОЙ СВЯЗИ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СТРУКТУРЫ БЕЛКА L1 Нагибина Г С Nagibina G S galina-nagibina@phys.protres.ru Мельник Б С Melnik B S Институт белка РАН ru Institute of protein research RAS ru Институт белка РАН ru Institute of protein research RAS ru 25 12 2018 25 12 2018 3 4 863 868 20 12 2018 20 12 2018 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54378/view

В данной работе мы исследовали белок L1 из галофильной археи Haroarcula marismortui. Белок является рРНК-связывающим и взаимодействует со спиралями Н77-Р78 23S рРНК. В структуру белка L1 нами введена стабилизирующая дисульфидная связь. Для поиска участка полипептидной цепи, в котором нужно проектировать дисульфидную связь, был использован подход, основанный на поиске нативно-развернутых участков в белках. Результаты нашего предыдущего исследования [1] подтвердили, что программы, предсказывающие нативно-развернутые участки (например, PONDR-FIT и IsUnstruct) можно использовать для поиска ослабленных участков в белках с жесткой упаковкой. Именно в таких участках нужно проектировать стабилизирующие дисульфидные связи. С помощью программ PONDR-FIT и IsUnstruct нами проведен анализ аминокислотной последовательности белка L1 и предсказан регион, обладающий высокой степенью неупорядоченности структуры. Им оказался участок во втором домене этого белка. В предсказанном участке нами выбраны аминокислотные остатки E82 и D114, замена которых на остатки цистеинов привела к формированию дисульфидной связи. Методом спектроскопии кругового дихроизма показано, что введенная дисульфидная связь увеличила температуру плавления белка L1 приблизительно на 10 градусов.

We have studied protein L1 from halophilic archaea Haroarcula marismortui . The protein is rRNA-binding and interacts with helices Н77-Р78 of the 23S rRNA. We introduced a stabilizing disulphide bridge in the structure of protein L1. To identify the region in the polypeptide chain where the SS-bridge should be inserted, we used the approach based on the search for intrinsically disordered regions in proteins. The results of our previous study [1] confirmed that the software for prediction of intrinsically disordered regions, for example, PONDR-FIT and IsUnstruct, can be employed for identification of weakened regions in proteins with rigid packing. Such regions are most suitable to insert stabilizing disulphide bridges. Using software PONDR-FIT and IsUnstruct we analyzed the amino acid sequence of protein L1 and predicted the region with a high structural irregularity. It is the region in the second domain of the protein. We chose amino acid residues E82 and D114 in the predicted region, the substitution of which for cysteine residues resulted in the formation of the desired disulphide bridge. Using the method of circular dichroism spectroscopy it was demonstrated that the introduced disulphide bridge increased the melting temperature of protein L1 by approximately 10 degrees.

 рибосомный белок L1 Haroarcula marismortui дисульфидная связь стабильность белка нативно-развернутые участки спектроскопия кругового дихроизма ribosomal protein L1 Haroarcula marismortui disulphide bond protein stability intrinsic disorder regions circular dichroism spectroscopy

Nagibina G.S., Tin U.F., Glukhov A.S., Melnik T.N., Melnik B.S. Intrinsic Disorder-Based Design of Stabilizing Disulphide Bridge in Galphao Protein. Protein Pept. Lett., 2016, vol. 23, no. 2, pp. 176-184. Nagibina G.S., Tin U.F., Glukhov A.S., Melnik T.N., Melnik B.S. Intrinsic Disorder-Based Design of Stabilizing Disulphide Bridge in Galphao Protein. Protein Pept. Lett., 2016, vol. 23, no. 2, pp. 176-184. Tompa P., Han K.-H. Intrinsically disordered proteins. Phys. Today, 2012, vol. 65, no. 8, pp. 64-65. Tompa P., Han K.-H. Intrinsically disordered proteins. Phys. Today, 2012, vol. 65, no. 8, pp. 64-65. Deng X., Eickholt J., Cheng J. A comprehensive overview of computational protein disorder prediction methods. Mol. BioSyst., 2012, vol. 8, no. 1, pp. 114-121. Deng X., Eickholt J., Cheng J. A comprehensive overview of computational protein disorder prediction methods. Mol. BioSyst., 2012, vol. 8, no. 1, pp. 114-121. Lobanov M.Y., Sokolovskiy I.V., Galzitskaya O.V. IsUnstruct: Prediction of the residue status to be ordered or disordered in the protein chain by a method based on the Ising model. J. Biomol. Struct. Dyn., 2013, vol. 31, no. 10, pp. 1034-1043. Lobanov M.Y., Sokolovskiy I.V., Galzitskaya O.V. IsUnstruct: Prediction of the residue status to be ordered or disordered in the protein chain by a method based on the Ising model. J. Biomol. Struct. Dyn., 2013, vol. 31, no. 10, pp. 1034-1043. Dosztányi Z., Csizmók V., Tompa P., Simon I. The pairwise energy content estimated from amino acid composition discriminates between folded and intrinsically unstructured proteins. J. Mol. Biol., 2005, vol. 347, no. 4, pp. 827-839. Dosztányi Z., Csizmók V., Tompa P., Simon I. The pairwise energy content estimated from amino acid composition discriminates between folded and intrinsically unstructured proteins. J. Mol. Biol., 2005, vol. 347, no. 4, pp. 827-839. Xue B., Dunbrack R.L., Williams R.W., Dunker A.K., Uversky V.N. PONDR-FIT: A meta-predictor of intrinsically disordered amino acids. Biochim. Biophys. Acta - Proteins Proteomics, 2010, vol. 1804, no. 4, pp. 996-1010. Xue B., Dunbrack R.L., Williams R.W., Dunker A.K., Uversky V.N. PONDR-FIT: A meta-predictor of intrinsically disordered amino acids. Biochim. Biophys. Acta - Proteins Proteomics, 2010, vol. 1804, no. 4, pp. 996-1010. Camacho Córdova D.I., Camacho Ruíz R.M., Mateos Díaz J.C., Córdova López J.A., Rodríguez González J.A. Haloarcula marismortui, eighty-four years after its discovery in the Dead Sea, Review. Int. J. Eng. Res. Technol., 2014, vol. 3, no. 6, pp. 1257-1267. Camacho Córdova D.I., Camacho Ruíz R.M., Mateos Díaz J.C., Córdova López J.A., Rodríguez González J.A. Haloarcula marismortui, eighty-four years after its discovery in the Dead Sea, Review. Int. J. Eng. Res. Technol., 2014, vol. 3, no. 6, pp. 1257-1267. Klein D. J., Moore P. B. and Steitz T. A. The roles of ribosomal proteins in the structure assembly, and evolution of the large ribosomal subunit. J. Mol. Biol., 2004, vol. 340, no. 1, pp. 141-177. Klein D. J., Moore P. B. and Steitz T. A. The roles of ribosomal proteins in the structure assembly, and evolution of the large ribosomal subunit. J. Mol. Biol., 2004, vol. 340, no. 1, pp. 141-177. Gabdulkhakov A., Tishchenko S., Mikhaylina A., Garber M., Nevskaya N., Nikonov S. Crystal Structure of the 23S rRNA Fragment Specific to r-Protein L1 and Designed Model of the Ribosomal L1 Stalk from Haloarcula marismortui. Crystals, 2017, vol. 7, no. 2, p. 37. Gabdulkhakov A., Tishchenko S., Mikhaylina A., Garber M., Nevskaya N., Nikonov S. Crystal Structure of the 23S rRNA Fragment Specific to r-Protein L1 and Designed Model of the Ribosomal L1 Stalk from Haloarcula marismortui. Crystals, 2017, vol. 7, no. 2, p. 37. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 1970, vol. 227, no. 5259, pp. 680-685. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 1970, vol. 227, no. 5259, pp. 680-685. Ellman G.L. Tissue Sulfhydryl Groups. Biochem. Biophys., 1958, vol. 82, no. 1, pp. 70-77. Ellman G.L. Tissue Sulfhydryl Groups. Biochem. Biophys., 1958, vol. 82, no. 1, pp. 70-77.