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在生理 pH 下的结构重排:来自 V210I 人类朊病毒蛋白突变体的核磁共振见解。

Structural rearrangements at physiological pH: nuclear magnetic resonance insights from the V210I human prion protein mutant.

机构信息

Slovenian NMR Centre, National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, SI-1000 Ljubljana, Slovenia.

出版信息

Biochemistry. 2012 Sep 25;51(38):7465-74. doi: 10.1021/bi3009856. Epub 2012 Sep 12.

Abstract

A major focus in prion structural biology studies is unraveling the molecular mechanism leading to the structural conversion of PrP(C) to its pathological form, PrP(Sc). In our recent studies, we attempted to understand the early events of the conformational changes leading to PrP(Sc) using as investigative tools point mutations clustered in the open reading frame of the human PrP gene and linked to genetic forms of human prion diseases. In the work presented here, we investigate the effect of pH on the nuclear magnetic resonance (NMR) structure of recombinant human PrP (HuPrP) carrying the pathological V210I mutation responsible for familial Creutzfeldt-Jakob disease. The NMR structure of HuPrP(V210I) determined at pH 7.2 shows the same overall fold as the previously determined structure of HuPrP(V210I) at pH 5.5. It consists of a disordered N-terminal tail (residues 90-124) and a globular C-terminal domain (residues 125-231) comprising three α-helices and a short antiparallel β-sheet. Detailed comparison of three-dimensional structures of HuPrP(V210I) at pH 7.2 and 5.5 revealed significant local structural differences, with the most prominent pH-related structural variations clustered in the α(2)-α(3) interhelical region, at the interface of the β(1)-α(1) loop, in helices α(1) and α(3), and in the β(2)-α(2) loop region. The detailed analysis of interactions among secondary structure elements suggests a higher degree of structural ordering of HuPrP(V210I) under neutral-pH conditions, thus implying that spontaneous misfolding of PrP(C) may occur under acidic-pH conditions in endosomal compartments.

摘要

在朊病毒结构生物学研究中,一个主要焦点是阐明导致 PrP(C) 结构转化为病理性形式 PrP(Sc) 的分子机制。在我们最近的研究中,我们试图使用聚集在人类朊病毒基因开放阅读框中的点突变作为研究工具,来理解导致 PrP(Sc) 的构象变化的早期事件,这些点突变与人类朊病毒病的遗传形式有关。在本文介绍的工作中,我们研究了 pH 值对携带导致家族性克雅氏病的病理性 V210I 突变的重组人 PrP(HuPrP)的核磁共振(NMR)结构的影响。在 pH 值为 7.2 时测定的 HuPrP(V210I)的 NMR 结构与之前在 pH 值为 5.5 时测定的 HuPrP(V210I)的结构具有相同的整体折叠。它由无序的 N 端尾巴(残基 90-124)和球形的 C 端结构域(残基 125-231)组成,包含三个α-螺旋和一个短的反平行β-折叠。在 pH 值为 7.2 和 5.5 时的 HuPrP(V210I)的三维结构的详细比较表明存在明显的局部结构差异,最显著的 pH 相关结构变化聚集在α(2)-α(3) 螺旋间区域、β(1)-α(1) 环界面、α(1)和α(3) 螺旋以及β(2)-α(2) 环区域。对二级结构元件之间相互作用的详细分析表明,在中性 pH 条件下 HuPrP(V210I)的结构有序性更高,因此暗示 PrP(C)的自发错误折叠可能在酸性 pH 条件下在内体隔间中发生。

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