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生物无机化学与应用
1687 - 479 x
1565 - 3633
Hindawi
10.1155 / 2017/1527247
1527247
研究文章
有限公司(II)协调原核锌指域所揭示的紫外可见光谱
Sivo
瓦
1
D 'Abrosca
蒋禄卡
1
Russo
路易吉
1
Iacovino
罗莎
1
Pedone
保罗Vincenzo
1
Fattorusso
罗伯特。
1
http://orcid.org/0000 - 0002 - 1504 - 2479
Isernia
卡拉
1
http://orcid.org/0000 - 0002 - 4070 - 9458
Malgieri
盖太诺
1
Perlepes
Spyros P。
部门的环境
生物科技和制药
大学Campania-Luigi Vanvitelli
通过维瓦尔第43
81100年污染
意大利
unina2.it
2017年
14
12
2017年
2017年
09年
08年
2017年
03
10
2017年
16
10
2017年
14
12
2017年
2017年
版权©2017瓦Sivo et al。
这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。
有限公司(II)电子配置允许其使用在紫外可见光谱探针实验描述金属协调领域,是一个重要的组成部分锌结合蛋白质的功能结构和评估这些蛋白的金属离子亲和力。这里,利用原核锌指的能力来使用不同的残留妥善协调的组合结构金属离子,我们提供公司的紫外吸收特征(2)除了Ros87及其突变Ros87_C27D CysAspHis熊一个不寻常的2 协调球体。锌指网站只包含一个半胱氨酸已经很少的特点。我们展示CysAspHis2 协调的激烈
d - - - - - -
d 过渡带,蓝移的半胱氨酸2 他的2 球体。这些数据通过核磁共振和CD数据补充的四面体几何证明金属网站也保留在single-cysteine协调球体。
德拉Ricerca Ministero戴尔'Istruzione,戴尔'Universita e
20157 wzm8a
1。介绍
金属离子的蛋白质复合物发挥许多基本的生物功能从一个简单的结构性作用直接参与催化活动(
1 ,
2 ]。金属离子,事实上,很丰富,许多生物金属
d 轨道电子,同意他们体验不同的氧化态。此外,过渡金属
d 轨道杂化与配体,从而协调复杂的配体和各种协调几何图形(
3 ]。蛋白质在不同的网站,金属离子可以绑定到内生(骨干和侧链原子的多肽)或外源性配体(即。,其他绑定到蛋白质分子)
4 ,
5 ]。许多蛋白结合的金属二价离子,和蛋白质的亲和评价金属已被大量研究的对象(
6 - - - - - -
11 ]。亲和力测量在不同的缓冲和在不同pH值的证据他们依赖的测量条件以及分析的方法。亲和力对于给定的金属离子,本地和外生,无疑是一个重要的信息为金属离子的完整描述,无论使用技术,众所周知,这关键取决于氨基酸组协调。
金属蛋白和金属酶中metal-binding域,锌指基序,特点是一个结构性的锌离子的存在,无疑是最(象征
12 - - - - - -
15 )已经深入研究了其已知的生物世界中无处不在的存在(例如,3%的人类基因组的基因编码含锌指蛋白(
16 ,
17 ])。
锌指家族是由几个成员结合锌不同组合的半胱氨酸和组氨酸。在古典真核锌手指,也叫“Kruppel ZF,“两个半胱氨酸和两个组氨酸与高亲和力结合锌。四个半胱氨酸协调网站和网站由三个半胱氨酸和一个他还可以发现紧密结合结构锌离子,这种协调是总是必不可少的域折叠(
12 - - - - - -
15 ]。
原核dna结合域的半胱氨酸2 他的2 锌指蛋白Ros (Ros87)折叠的域结构不同,明显大于其真核同行。Ros87,由结构由15-residue锌和疏水核心,包括58残留安排在βββαα拓扑(
18 ]。众多Ros同系物(Ros / MucR家庭)已确定(
14 ,
19 - - - - - -
24 ),协调球体似乎只有一个(第一个)组成的半胱氨酸(
19 ]。第二个协调残留通常是一个天冬氨酸,表明这个域CysAspHis的可能性2 协调。Ros87_C27D[的结构表征
25 ),一个Ros87突变在第二天冬氨酸协调立场,表明这个残留代理人的角色monodentally协调锌离子的第二个半胱氨酸;这种突变仅略扰乱的功能结构域。
主要问题描述锌蛋白/肽交互时,锌(II)
d 10离子光谱方法沉默。如果结构性变化伴随的绑定,折叠或展开[
8 ]可以是圆二色性(CD)和核磁共振(NMR),但一般来说,最扩散过程评价锌离子亲和力认为一个完整的公司(II))下载蛋白质和遵循公司由锌(II)位移通过紫外可见光谱(
6 ,
15 ,
26 - - - - - -
30. ]。
钴(II),作为一个
d 7离子作为探针,可以替代原生金属结构和催化网站与检查蛋白质。有限公司(II)和锌(II)几乎是相同的大小(
31日 ](离子半径0.58和0.60,分别地),和许多金属锌结合网站已经被证明是可替换的(
32 - - - - - -
35 ]。在某些情况下,酶催化锌网站已被证明有类似的或更高的酶活性有限公司(II)替代原生锌(II) (
3 ]。
在公司(II)的协调配体,一个分裂的能级
d 轨道电子发生。有限公司(II)配体系统由于所谓的吸收不同波长的光线
d - - - - - -
d 转换,兴奋和放松的
d 轨道电子(
36 ]。协调配体的性质和数量一起统筹协调系统的几何规定发生这种吸收的波长和强度(
37 ,
38 :一个强烈的乐队(
ε > 300−1 厘米−1 在625±50 nm)诊断四面体的协调和疲软的乐队(
ε ≤30米−1 厘米−1 )525±50 nm揭示了一个八面体复杂。一个中间带(≤50
ε ≤250−1 厘米−1 )表明penta-coordination [
26 ]。
有限公司(II)给吸收乐队也在不同波长:由于年代− →公司(II) ligand-to-metal电荷转移(LMCT),一个在不久的紫外线强烈的吸收带,在316年和340纳米之间,可以观察到。这个乐队是非常有用的消光系数的大小在320 nm许可来推断年代的数量− 有限公司(II)债券作为债券有助于每个
ε 约900 - 1200米−1 厘米−1 (
39 ,
40 ]。总结,
ε 在∼320海里可以数一数的年代− 参与协调,
ε ∼600海里是利用检测协调几何和假设其他配体的性质
26 ]。
这里,利用原核锌指的能力来使用不同的残留妥善协调的组合结构金属离子(
18 ,
25 ,
41 ),我们描述有限公司(II)绑定的影响较大的原核锌指域Ros87和其突变Ros87_C27D之一。
2。材料和方法
2.1。蛋白表达和纯化
所有的蛋白质表达和纯化用作之前报道(
42 ]。只有刚做好的样本用于实验。简单来讲,宠物 ros56 - 142 (Ros87)和宠物 ros56 - 142 _c82d (Ros87_C27D)蛋白质生产如下:15 N标记的核磁共振实验是通过越来越多的细胞在37°C基本培养基包含修改15 NH4 Cl作为唯一氮源,而对于紫外可见和圆二色性实验,表达的蛋白质是磅中等。在这两种情况下,蛋白表达与1.0毫米IPTG诱导∼2.0 h。
细胞被收获,悬浮在20毫米Na2 HPO4 (pH值6.8)缓冲区,通过声波降解法和细胞溶解。原油细胞提取物被离心纯化,以及上层清液应用于Mono年代HR 5/5阳离子交换色谱柱(Amersham生物科学)。包含蛋白质的混合分数已经被应用到某个HiLoad 26/60 Superdex 75 (Amersham生物科学)凝胶过滤色谱柱。
2.2。紫外可见光谱
本机锌离子被获得apoRos87和apoRos87_C27D酸化pH值2.5蛋白质解决方案在150年µM TCEP使用盐酸0.1 M和透析10毫米三,150µM TCEP, pH值2.5。终于pH值调整到6.5,它一直严格控制整个实验。紫外可见光谱的Co (II)添加实验Ros87和apoRos87_C27D记录在10毫米三,20µM TCEP, pH值6.5,日本岛津公司uv - 1800分光光度计在200 - 800海里在室温下。脱辅基蛋白的解决方案(4μM Ros87和3μM Ros87_C27D)的情况下被滴定整除对应每增加0.4μM最后有限公司(II)浓度在每一步的解决方案。0.1毫米CoCl2 解决方案是使用1.6有限公司(II) /蛋白质比例。每个实验至少重复三次获得类似的结果。蛋白质浓度得到使用吸收在280 nm pH值2.5。
2.3。核磁共振光谱学
核磁共振样品含有150μM蛋白质在10毫米三和150年µM TCEP pH值6.5的1.4 CoCl的等价物2 和90% H2 O / 10%2 H2 o .所有HSQC光谱被记录在298 K力量皇冠三世HD 600 MHz配备冷冻器的环境、生物和医药科技大学Campania-Luigi Vanvitelli(污染、意大利)。1 H和15 N化学变化是由使用经颅磁刺激作为外部校准间接引用。所有核磁共振光谱数据处理上旋3.5软件(力量)和分析通过使用计算机辅助谐振作业(
43 ](CARA)软件(从下载
cara.nmr.ch )。
2.4。圆二色性
圆二色性实验收集使用JASCO j - 815 CD分光偏振计配备珀尔帖效应温度控制。数据被收集在200 - 260纳米波长范围使用石英试管路径长1厘米,与一个数据1海里,距1海里的频带宽度,扫描速度50 nm /分钟。所有CD样品包含∼15μM蛋白质在10毫米三和150年µM TCEP pH值6.5。CoCl的新的解决方案2 5.0毫米被用来达到最后一个(有限公司2 + 1.4)/(蛋白质)的比率。所有的光谱都在重复,减去从缓冲的贡献。使用服务器BeStSel[光谱反褶积已经完成
44 ]。
3所示。结果与讨论
紫外可见光谱滴定的apo-Ros87(即。,the unfolded prokaryotic zinc finger Ros87 with no native Zn(II) bound) and apo-Ros87_C27D (i.e., Ros87 with the second coordinating cysteine mutated in aspartate) with CoCl2 如数据所示
1(一) 和
2(一个) 。
图1
(上)Ros87氨基酸序列;(一)紫外可见光谱与CoCl Ros87滴定2 ;(b)1 H -15 1.4 N的Ros87 HSQC光谱的存在相当于公司(II);(c)的实验CD谱Ros87(红色)覆盖到安装光盘数据由服务器BeStSel(蓝色);绿色柱状图表示偏差;从光盘(d)二级结构含量计算数据由服务器BeStSel。
图2
(上)Ros87_C27D氨基酸序列;(一)紫外可见光谱与CoCl Ros87滴定2 ;(b)1 H -15 1.4 N的Ros87 HSQC光谱的存在相当于公司(II);(c)的实验CD谱Ros87_C27D(红色)覆盖到安装光盘数据由服务器BeStSel(蓝色);绿色柱状图表示偏差;从光盘(d)二级结构含量计算数据由服务器BeStSel。
在有限的情况下(2)-Ros87,
ε 价值在不久的紫外线(∼320海里),反映了硫醇盐组织协调的数量是1950米−1 厘米−1 在350纳米,这表明蛋白质使用两个巯基共同协调与公司(II)离子。另一方面,
ε 值有限公司(II) -Ros87_C27D是1020米−1 厘米−1 在345 nm,指示一个硫醇基的参与公司(II)协调。在这两种情况下,缺乏频谱的形状的变化和过渡的波长在滴定允许排除复合物的形成与不同的蛋白质/公司(II)比率(即。2:1、3:1或更多)形成在低有限公司(II)浓度(
28 ]。这种紫外可见行为独立以前见过相同的蛋白质在消息灵通的缓冲区
25 ]。
强烈吸收乐队在589 - 670海里也观察到两种蛋白质。这些结果表明,Ros87协调公司与四面体几何(II)。同时,有限公司(2)-Ros87_C27D展示一个激烈
d - - - - - -
d 吸收带集中在约589海里
ε 380的价值−1 厘米−1 说明也在这种情况下一个四面体几何。
因此,数据
1 (b) 和
2 (b) 显示两个1 H -15 N HSQC光谱Ros87 Ros87_C27D,分别在1.4版的公司(II)离子。光谱显示强烈的组合和离散信号在两个质子和氮维度表明Ros87之间的相互作用和Ros87_C27D顺有限公司(II),在这两种情况下产生的折叠构象稳定的三级结构(Co (II) -Ros87和Co (II) -Ros87_C27D)。重要的是,两个光谱显示有意义与holo-Ros87重叠光谱(数据未显示)的地区不受顺磁性(II),因此建议cobalt-loaded蛋白质的结构非常类似于zinc-loaded蛋白质。
也因此,CD光谱表明,两种蛋白质的二级结构内容似乎是保存在公司(II))下载结构对zinc-loaded构象(数字
1 (c) 和
2 (c) )。事实上,CD光谱都是结构良好的特征包含α-helical和β-sheet蛋白质二级结构。我们估计从CD数据两种蛋白质的蛋白质二级结构使用服务器BeStSel(数字
1 (d) 和
2 (d) )。这个服务器的CD实验曲线的线性结合固定基础组件得到八个二级结构元素的比例(
44 ]。数据表明,有限公司(II) -Ros87和Co (2) -Ros87_C27D结构内容的二级结构类似于Ros87-calculated结构(PDB代码2 jsp)和Ros87_C27D计算模型(
25 )确定使用软件MOLMOL [
45 ]和DSSP [
46 ,
47 ]。
这里的数据报告总体显示有限公司(II)络合四面体协调几何相似的原生锌和锌离子的置换有限公司(II)不彻底扰乱原核锌指结构属性的域。
有趣的是,Ros87_C27D的紫外可见光谱的比较与文献报道与半胱氨酸锌手指2 他的2 ,半胱氨酸3 他和半胱氨酸4 协调轮廓的蓝移
d - - - - - -
d 过渡的使用一个单一的半胱氨酸的蛋白质协调金属离子(
48 )(图
2 )。这种转变是在协议与报道Krizek et al。
10 ),描述的增加变化
d - - - - - -
d 过渡到更高的能量协调半胱氨酸的数量减少。紫外可见光谱的锌指金属网站只包含一个半胱氨酸很少报告(
48 ]。在真核生物的半胱氨酸2 他的2 ZF,替换第二个半胱氨酸可能导致在某些情况下(例如,替换一个天冬氨酸和谷氨酸(
48 )协调几何图形不同于本机四面体配位证明了弱
d - - - - - -
d 吸收带。在这里,我们发现了一个强烈的乐队在589 nm, NMR和CD数据,表明一个四面体协调金属离子的蓝移
d - - - - - -
d 吸收带。因此我们提出的方案的光谱四面体协调有限公司(II)与不同数量的锌指半胱氨酸和组氨酸(图
3(一个) )[
37 ,
49 可以实现(图
3 (b) 与我们的结果)。
图3
(a)计划的紫外可见光谱在500 - 800纳米范围有限公司(II)由不同的ZFs四面体协调:四个半胱氨酸(绿线),三个半胱氨酸和一个他(蓝线),和两个半胱氨酸和两个他(红线)
37 ,
49 ]。(b)引入single-cysteine协调领域的计划(紫线)。过渡模式是极其敏感的形状结构(
50 ]。
我们也决定两种蛋白质的亲和性(II),通过直接滴定三羟甲基氨基甲烷缓冲液的pH值6.5,这表明复合物明确形式当有限公司(II) /蛋白质摩尔比等于1.4。使用1:适合紫外数据(图1模型
4 )[
30. ),我们获得一个下限的β常数5.59 (±1.97)×10−8 Ros87为2.35 (±0.92)×10−7 Ros87_C27D。
图4
(一)滴定Ros87 CoCl2 监控记录在352 nm的吸光度。吸光度绘制反对钴浓度。(b)滴定与CoCl Ros87_C27D2 监控记录在346 nm的吸光度。吸光度绘制反对钴浓度。
(一)
(b)
有限公司(II)的连续滴定)下载蛋白质和锌(II)诱发的两支乐队的逐步减少;消失在添加两个多余的离子与锌(II)有限公司(2)表明,一个公司(II)离子与光谱方法代替惰性锌(II)离子。
4所示。结论
在本文中,我们报告的光谱和结构表征有限公司(II)替代形式的原核锌手指Ros87,本机锌蛋白质,其突变Ros87_C27D第二协调半胱氨酸天冬氨酸突变。紫外可见光谱的锌指网站只包含一个半胱氨酸,无论是关于锌,也不感兴趣的其他金属,已经很少报道(
48 ]。对于真核半胱氨酸2 他的2 锌指,替换第二个协调半胱氨酸可能导致在某些情况下(例如,替换一个天冬氨酸和谷氨酸(
48 )在一个协调本地四面体几何不同协调证明了弱
d - - - - - -
d 吸收带;当一个组氨酸替代品半胱氨酸、协调仍然是四面体。在这里,我们表明,在原核领域,替换本机与钴锌突变并不深刻影响的结构域和第二配体氨基酸的替换与天冬氨酸产生强烈的乐队在589 nm,表明这个替换不显著改变金属离子的四面体几何协调。我们还展示了一个半胱氨酸的存在在协调领域的蛋白质意味着强大
d - - - - - -
d 紫外可见光谱吸收带,蓝移的两个半胱氨酸协调。
不同于小真核域发生了什么,我们的数据概述如何在Ros87_C27D等更大的蛋白质的情况下,其他元素组合的结构(例如,大型疏水核心)发挥决定性作用在确定的几何球体的协调。总的来说,紫外可见光谱证实了是一个很好的和极度敏感的工具来确定数量和几何结构的配体金属网站。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
所提供的金融支持Ministero戴尔'Istruzione,戴尔'Universita e德拉Ricerca批准号20157 wzm8a。
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