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NMR 光谱揭示了聚谷氨酰胺结合肽 1 具有特定疏水簇的优先构象。

NMR spectroscopy reveals a preferred conformation with a defined hydrophobic cluster for polyglutamine binding peptide 1.

机构信息

Instituto Cajal, IC-Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Avda. Doctor Arce 37, E-28002 Madrid, Spain; Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia), E-28049 Cantoblanco, Madrid, Spain.

Instituto de Química Física "Rocasolano", Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Serrano 119, Madrid E-28006, Spain.

出版信息

Arch Biochem Biophys. 2014 Sep 15;558:104-10. doi: 10.1016/j.abb.2014.06.025. Epub 2014 Jul 5.

DOI:10.1016/j.abb.2014.06.025
PMID:25009140
Abstract

Several important human inherited neurodegenerative diseases are caused by "polyQ expansions", which are aberrant long repeats of glutamine residues in proteins. PolyQ binding peptide 1 (QBP1), whose minimal active core sequence is Trp-Lys-Trp-Trp-Pro-Gly-Ile-Phe, binds to expanded polyQs and blocks their β-structure transition, aggregation and in vivo neurodegeneration. Whereas QBP1 is a widely used, commercially available product, its structure is unknown. Here, we have characterized the conformations of QBP1 and a scrambled peptide (Trp-Pro-Ile-Trp-Lys-Gly-Trp-Phe) in aqueous solution by CD, fluorescence and NMR spectroscopies. A CD maximum at 227 nm suggests the presence of rigid Trp side chains in QBP1. Based on 41 NOE-derived distance constraints, the 3D structure of QBP1 was determined. The side chains of Trp 4 and Ile 7, and to a lesser extent, those of Lys 2, Trp 3 and Phe 8, form a small hydrophobic cluster. Pro 5 and Gly 6 adopt a type II tight turn and Lys 2's ζ-NH3(+) is positioned to form a favorable cation-π interaction with Trp 4's indole ring. In contrast, the scrambled QBP1 peptide, which lacks inhibitory activity, does not adopt a preferred structure. These results provide a basis for future structure-based design approaches to further optimize QBP1 for therapy.

摘要

几种重要的人类遗传性神经退行性疾病是由“聚谷氨酰胺扩展”引起的,这是蛋白质中谷氨酰胺残基的异常长重复。聚谷氨酰胺结合肽 1(QBP1)的最小活性核心序列为色氨酸-赖氨酸-色氨酸-色氨酸-脯氨酸-甘氨酸-异亮氨酸-苯丙氨酸,它与扩展的聚 Q 结合并阻止其β-结构转变、聚集和体内神经退行性变。虽然 QBP1 是一种广泛使用的商业产品,但它的结构尚不清楚。在这里,我们通过 CD、荧光和 NMR 光谱法研究了 QBP1 和一个乱序肽(色氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-色氨酸-赖氨酸-甘氨酸-色氨酸-苯丙氨酸)在水溶液中的构象。227nm 处的 CD 最大值表明 QBP1 中存在刚性色氨酸侧链。基于 41 个 NOE 衍生的距离约束,确定了 QBP1 的 3D 结构。色氨酸 4 和异亮氨酸 7 的侧链,以及在较小程度上,赖氨酸 2、色氨酸 3 和苯丙氨酸 8 的侧链,形成一个小的疏水性簇。脯氨酸 5 和甘氨酸 6 采用 II 型紧密转弯,并且赖氨酸 2 的 ζ-NH3(+) 被定位以与色氨酸 4 的吲哚环形成有利的阳离子-π 相互作用。相比之下,缺乏抑制活性的乱序 QBP1 肽不采用优选结构。这些结果为未来基于结构的设计方法提供了基础,以进一步优化 QBP1 用于治疗。

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