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1.
Proteins ; 88(9): 1133-1142, 2020 09.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-32067260

RESUMO

The nondiscriminating aspartyl-tRNA synthetase (ND-AspRS), found in many archaea and bacteria, covalently attaches aspartic acid to tRNAAsp and tRNAAsn generating a correctly charged Asp-tRNAAsp and an erroneous Asp-tRNAAsn . This relaxed tRNA specificity is governed by interactions between the tRNA and the enzyme. In an effort to assess the contributions of the anticodon-binding domain to tRNA specificity, we constructed two chimeric enzymes, Chimera-D and Chimera-N, by replacing the native anticodon-binding domain in the Helicobacter pylori ND-AspRS with that of a discriminating AspRS (Chimera-D) and an asparaginyl-tRNA synthetase (AsnRS, Chimera-N), both from Escherichia coli. Both chimeric enzymes showed similar secondary structure compared to wild-type (WT) ND-AspRS and maintained the ability to form dimeric complexes in solution. Although less catalytically active than WT, Chimera-D was more discriminating as it aspartylated tRNAAsp over tRNAAsn with a specificity ratio of 7.0 compared to 2.9 for the WT enzyme. In contrast, Chimera-N exhibited low catalytic activity toward tRNAAsp and was unable to aspartylate tRNAAsn . The observed catalytic activities for the two chimeras correlate with their heterologous toxicity when expressed in E. coli. Molecular dynamics simulations show a reduced hydrogen bond network at the interface between the anticodon-binding domain and the catalytic domain in Chimera-N compared to Chimera-D or WT, explaining its lower stability and catalytic activity.


Assuntos
Anticódon , Aspartato-tRNA Ligase/metabolismo , Escherichia coli/enzimologia , Helicobacter pylori/enzimologia , Aminoacil-RNA de Transferência/metabolismo , RNA de Transferência de Asparagina/metabolismo , RNA de Transferência de Ácido Aspártico/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Aspartato-tRNA Ligase/química , Aspartato-tRNA Ligase/genética , Sítios de Ligação , Biocatálise , Clonagem Molecular , Cristalografia por Raios X , Escherichia coli/genética , Expressão Gênica , Vetores Genéticos/química , Vetores Genéticos/metabolismo , Helicobacter pylori/genética , Simulação de Dinâmica Molecular , Mutação , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Aminoacil-RNA de Transferência/química , Aminoacil-RNA de Transferência/genética , RNA de Transferência de Asparagina/química , RNA de Transferência de Ácido Aspártico/química , Proteínas Recombinantes de Fusão/química , Proteínas Recombinantes de Fusão/genética , Proteínas Recombinantes de Fusão/metabolismo , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Especificidade por Substrato
2.
Protein Expr Purif ; 89(1): 25-32, 2013 May.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23454362

RESUMO

Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) covalently attach an amino acid to its cognate tRNA isoacceptors through an ester bond. The standard set of 20 amino acids implies 20 aaRSs for each pair of amino acid/tRNA isoacceptors. However, the genomes of all archaea and some bacteria do not encode for a complete set of 20 aaRSs. For the human pathogenic bacterium Helicobacter pylori, a gene encoding asparaginyl-tRNA synthetase (AsnRS) is absent whilst an aspartyl-tRNA synthetase (AspRS) aminoacylates both tRNA(Asp) and tRNA(Asn) with aspartate. The structural and functional basis for this non-discriminatory behavior is not well understood. Here we report the over-production of the N-terminal anticodon-binding domain of H. pylori ND-AspRS using Escherichia coli BL21(DE3) host cells. Prolonged expression of this protein resulted in a toxic phenotype, limiting the expression period to just 30min. Purified protein was monomeric in solution by gel filtration chromatography and stable up to 42°C as observed in temperature-dependent dynamic light scattering measurements. Circular dichroism indicated a mixture of α-helix and ß-sheet secondary structure at 20°C and predominantly ß-sheet at 70°C. Optimized crystallization conditions at pH 5.6 with PEG 4000 as a co-precipitant produced well-formed crystals and (1)H NMR spectrum showed a well dispersed chemical shift envelope characteristic of a folded protein.


Assuntos
Aspartato-tRNA Ligase/isolamento & purificação , Infecções por Helicobacter/enzimologia , Helicobacter pylori/enzimologia , Proteínas de Ligação a RNA/isolamento & purificação , Sequência de Aminoácidos , Anticódon , Aspartato-tRNA Ligase/química , Sítios de Ligação , Humanos , Espectroscopia de Ressonância Magnética , Conformação Proteica , Dobramento de Proteína , Estrutura Secundária de Proteína , RNA de Transferência/química , Proteínas de Ligação a RNA/química
3.
Acta Crystallogr F Struct Biol Commun ; 73(Pt 2): 62-69, 2017 02 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-28177315

RESUMO

The N-terminal anticodon-binding domain of the nondiscriminating aspartyl-tRNA synthetase (ND-AspRS) plays a crucial role in the recognition of both tRNAAsp and tRNAAsn. Here, the first X-ray crystal structure of the N-terminal domain of this enzyme (ND-AspRS1-104) from the human-pathogenic bacterium Helicobacter pylori is reported at 2.0 Šresolution. The apo form of H. pylori ND-AspRS1-104 shares high structural similarity with the N-terminal anticodon-binding domains of the discriminating aspartyl-tRNA synthetase (D-AspRS) from Escherichia coli and ND-AspRS from Pseudomonas aeruginosa, allowing recognition elements to be proposed for tRNAAsp and tRNAAsn. It is proposed that a long loop (Arg77-Lys90) in this H. pylori domain influences its relaxed tRNA specificity, such that it is classified as nondiscriminating. A structural comparison between D-AspRS from E. coli and ND-AspRS from P. aeruginosa suggests that turns E and F (78GAGL81 and 83NPKL86) in H. pylori ND-AspRS play a crucial role in anticodon recognition. Accordingly, the conserved Pro84 in turn F facilitates the recognition of the anticodons of tRNAAsp (34GUC36) and tRNAAsn (34GUU36). The absence of the amide H atom allows both C and U bases to be accommodated in the tRNA-recognition site.


Assuntos
Anticódon/química , Aspartato-tRNA Ligase/química , Proteínas de Bactérias/química , Helicobacter pylori/química , RNA de Transferência de Asparagina/química , RNA de Transferência de Ácido Aspártico/química , Sequência de Aminoácidos , Anticódon/metabolismo , Apoproteínas/química , Apoproteínas/genética , Apoproteínas/metabolismo , Aspartato-tRNA Ligase/genética , Aspartato-tRNA Ligase/metabolismo , Proteínas de Bactérias/genética , Proteínas de Bactérias/metabolismo , Sítios de Ligação , Clonagem Molecular , Cristalografia por Raios X , Escherichia coli/enzimologia , Escherichia coli/genética , Expressão Gênica , Helicobacter pylori/enzimologia , Modelos Moleculares , Plasmídeos/química , Plasmídeos/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Pseudomonas aeruginosa/enzimologia , Pseudomonas aeruginosa/genética , RNA de Transferência de Asparagina/genética , RNA de Transferência de Asparagina/metabolismo , RNA de Transferência de Ácido Aspártico/genética , RNA de Transferência de Ácido Aspártico/metabolismo , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Homologia Estrutural de Proteína
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