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生物传感器尖端上的蛋白质折叠:通过麦芽糊精葡萄糖苷酶与GroEL的相互作用监测其折叠过程。

Protein folding on biosensor tips: folding of maltodextrin glucosidase monitored by its interactions with GroEL.

作者信息

Pastor Ashutosh, Singh Amit K, Fisher Mark T, Chaudhuri Tapan K

机构信息

Kusuma School of Biological Sciences, Indian Institute of Technology Delhi, India.

Department of Biochemistry and Molecular Biology, The University of Kansas Medical Centre, KS, USA.

出版信息

FEBS J. 2016 Aug;283(16):3103-14. doi: 10.1111/febs.13796. Epub 2016 Aug 1.

Abstract

Protein folding has been extensively studied for the past six decades by employing solution-based methods such as solubility, enzymatic activity, secondary structure analysis, and analytical methods like FRET, NMR, and HD exchange. However, for rapid analysis of the folding process, solution-based approaches are often plagued with aggregation side reactions resulting in poor yields. In this work, we demonstrate that a bio-layer interferometry (BLI) chaperonin detection system can identify superior refolding conditions for denatured proteins. The degree of immobilized protein folding as a function of time can be detected by monitoring the binding of the high-affinity nucleotide-free form of the chaperonin GroEL. GroEL preferentially interacts with proteins that have hydrophobic surfaces exposed in their unfolded or partially folded form, so a decrease in GroEL binding can be correlated with burial of hydrophobic surfaces as folding progresses. The magnitude of GroEL binding to the protein immobilized on bio-layer interferometry biosensor inversely reflects the extent of protein folding and hydrophobic residue burial. We demonstrate conditions where accelerated folding can be observed for the aggregation-prone protein maltodextrin glucosidase (MalZ). Superior immobilized folding conditions identified on the bio-layer interferometry biosensor surface were reproduced on Ni-NTA sepharose bead surfaces and resulted in significant improvement in folding yields of released MalZ (measured by enzymatic activity) compared to bulk refolding conditions in solution.

摘要

在过去的六十年里,人们通过采用基于溶液的方法,如溶解度、酶活性、二级结构分析,以及诸如荧光共振能量转移(FRET)、核磁共振(NMR)和氢氘交换等分析方法,对蛋白质折叠进行了广泛研究。然而,对于折叠过程的快速分析,基于溶液的方法常常受到聚集副反应的困扰,导致产率低下。在这项工作中,我们证明了一种生物层干涉术(BLI)伴侣蛋白检测系统可以识别变性蛋白质的优越重折叠条件。通过监测伴侣蛋白GroEL的高亲和力无核苷酸形式的结合,可以检测固定化蛋白质折叠程度随时间的变化。GroEL优先与那些在未折叠或部分折叠形式下暴露疏水表面的蛋白质相互作用,因此随着折叠的进行,GroEL结合的减少可以与疏水表面的埋藏相关联。GroEL与固定在生物层干涉术生物传感器上的蛋白质的结合强度,反过来反映了蛋白质折叠的程度和疏水残基的埋藏情况。我们展示了在哪些条件下,可以观察到易聚集蛋白麦芽糖糊精葡萄糖苷酶(MalZ)的加速折叠。在生物层干涉术生物传感器表面确定的优越固定化折叠条件,在镍-氮三乙酸琼脂糖珠表面得到了重现,与溶液中的整体重折叠条件相比,释放的MalZ的折叠产率(通过酶活性测量)有了显著提高。

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