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1.
J Biol Chem ; 293(25): 9718-9723, 2018 06 22.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-29716994

RESUMO

Intrinsically disordered regions are present in one-third of eukaryotic proteins and are overrepresented in cellular processes such as signaling, suggesting that intrinsically disordered proteins (IDPs) may have a functional advantage over folded proteins. Upon interacting with a partner macromolecule, a subset of IDPs can fold and bind to form a well-defined three-dimensional conformation. For example, disordered BH3-only proteins bind promiscuously to a large number of homologous BCL-2 family proteins, where they fold to a helical structure in a groove on the BCL-2-like protein surface. As two protein chains are involved in the folding reaction, and the structure is only formed in the presence of the partner macromolecule, this raises the question of where the folding information is encoded. Here, we examine these coupled folding and binding reactions to determine which component determines the folding and binding pathway. Using Φ value analysis to compare transition state interactions between the disordered BH3-only proteins PUMA and BID and the folded BCL-2-like proteins A1 and MCL-1, we found that, even though the BH3-only protein is disordered in isolation and requires a stabilizing partner to fold, its folding and binding pathway is encoded in the IDP itself; the reaction is not templated by the folded partner. We suggest that, by encoding both its transition state and level of residual structure, an IDP can evolve a specific kinetic profile, which could be a crucial functional advantage of disorder.


Assuntos
Proteínas Reguladoras de Apoptose/metabolismo , Proteína Agonista de Morte Celular de Domínio Interatuante com BH3/metabolismo , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/metabolismo , Proteína de Sequência 1 de Leucemia de Células Mieloides/metabolismo , Dobramento de Proteína , Proteínas Supressoras de Tumor/metabolismo , Animais , Proteínas Reguladoras de Apoptose/química , Proteína Agonista de Morte Celular de Domínio Interatuante com BH3/química , Cristalografia por Raios X , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/química , Cinética , Camundongos , Modelos Moleculares , Proteína de Sequência 1 de Leucemia de Células Mieloides/química , Ligação Proteica , Conformação Proteica , Transdução de Sinais , Termodinâmica , Proteínas Supressoras de Tumor/química
2.
Nat Commun ; 8(1): 1095, 2017 10 23.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-29062047

RESUMO

Understanding and control of structures and rates involved in protein ligand binding are essential for drug design. Unfortunately, atomistic molecular dynamics (MD) simulations cannot directly sample the excessively long residence and rearrangement times of tightly binding complexes. Here we exploit the recently developed multi-ensemble Markov model framework to compute full protein-peptide kinetics of the oncoprotein fragment 25-109Mdm2 and the nano-molar inhibitor peptide PMI. Using this system, we report, for the first time, direct estimates of kinetics beyond the seconds timescale using simulations of an all-atom MD model, with high accuracy and precision. These results only require explicit simulations on the sub-milliseconds timescale and are tested against existing mutagenesis data and our own experimental measurements of the dissociation and association rates. The full kinetic model reveals an overall downhill but rugged binding funnel with multiple pathways. The overall strong binding arises from a variety of conformations with different hydrophobic contact surfaces that interconvert on the milliseconds timescale.


Assuntos
Peptídeos/química , Proteínas/química , Cinética , Simulação de Dinâmica Molecular
3.
Biochemistry ; 56(18): 2379-2384, 2017 05 09.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-28425697

RESUMO

Appropriate integration of cellular signals requires a delicate balance of ligand-target binding affinities. Increasing the level of residual structure in intrinsically disordered proteins (IDPs), which are overrepresented in these cellular processes, has been shown previously to enhance binding affinities and alter cellular function. Conserved proline residues are commonly found flanking regions of IDPs that become helical upon interacting with a partner protein. Here, we mutate these helix-flanking prolines in p53 and MLL and find opposite effects on binding affinity upon an increase in free IDP helicity. In both cases, changes in affinity were due to alterations in dissociation, not association, rate constants, which is inconsistent with conformational selection mechanisms. We conclude that, contrary to previous suggestions, helix-flanking prolines do not regulate affinity by modulating the rate of complex formation. Instead, they influence binding affinities by controlling the lifetime of the bound complex.


Assuntos
Histona-Lisina N-Metiltransferase/química , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/química , Proteínas de Membrana/química , Proteína de Leucina Linfoide-Mieloide/química , Fosfoproteínas/química , Prolina/química , Proteína Supressora de Tumor p53/química , Sequência de Aminoácidos , Animais , Sítios de Ligação , Clonagem Molecular , Sequência Conservada , Escherichia coli/genética , Escherichia coli/metabolismo , Expressão Gênica , Histona-Lisina N-Metiltransferase/genética , Histona-Lisina N-Metiltransferase/metabolismo , Humanos , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/genética , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/metabolismo , Proteínas de Membrana/genética , Proteínas de Membrana/metabolismo , Camundongos , Modelos Moleculares , Mutação , Proteína de Leucina Linfoide-Mieloide/genética , Proteína de Leucina Linfoide-Mieloide/metabolismo , Fosfoproteínas/genética , Fosfoproteínas/metabolismo , Prolina/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Dobramento de Proteína , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Proteína Supressora de Tumor p53/genética , Proteína Supressora de Tumor p53/metabolismo
4.
J Biol Chem ; 291(13): 6689-95, 2016 Mar 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26851275

RESUMO

Intrinsically disordered proteins (IDPs) are characterized by a lack of persistent structure. Since their identification more than a decade ago, many questions regarding their functional relevance and interaction mechanisms remain unanswered. Although most experiments have taken equilibrium and structural perspectives, fewer studies have investigated the kinetics of their interactions. Here we review and highlight the type of information that can be gained from kinetic studies. In particular, we show how kinetic studies of coupled folding and binding reactions, an important class of signaling event, are needed to determine mechanisms.


Assuntos
Proteínas Reguladoras de Apoptose/química , Proteína de Ligação a CREB/química , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/química , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/química , Proteína de Sequência 1 de Leucemia de Células Mieloides/química , Proteínas Proto-Oncogênicas/química , Proteínas Reguladoras de Apoptose/genética , Proteínas Reguladoras de Apoptose/metabolismo , Proteína de Ligação a CREB/genética , Proteína de Ligação a CREB/metabolismo , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/genética , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/metabolismo , Humanos , Interações Hidrofóbicas e Hidrofílicas , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/genética , Proteínas Intrinsicamente Desordenadas/metabolismo , Cinética , Simulação de Dinâmica Molecular , Proteína de Sequência 1 de Leucemia de Células Mieloides/genética , Proteína de Sequência 1 de Leucemia de Células Mieloides/metabolismo , Ligação Proteica , Dobramento de Proteína , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Proteínas Proto-Oncogênicas/genética , Proteínas Proto-Oncogênicas/metabolismo , Transdução de Sinais , Eletricidade Estática , Termodinâmica
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