Improving the resistance of a eukaryotic β-barrel protein to thermal and chemical perturbations.
Improving the resistance of a eukaryotic β-barrel protein to thermal and chemical perturbations.
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DOI：
10.1016/j.jmb.2011.07.054
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发表时间：
2011-10-14
影响因子：
5.6
通讯作者：
Nussberger S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gessmann D;Mager F;Naveed H;Arnold T;Weirich S;Linke D;Liang J;Nussberger S
β 桶膜蛋白具有规则的结构，其跨膜 (TM) β 链之间具有广泛的氢键网络，可稳定其蛋白质折叠。然而，存在弱稳定的 TM 区域，这对于蛋白质功能以及与其他蛋白质的相互作用很重要。在这里，我们报告了人类 Tom40A 的表观稳定性，Tom40A 是“线粒体孔蛋白家族”的成员，也是线粒体蛋白传导通道 TOM 的主要成分。使用 β-桶膜蛋白的物理相互作用模型 TmSIP，我们确定了该蛋白 TM 结构域中不利的三个 β-链。用疏水性氨基酸取代这些链内的关键残基会导致蛋白质对化学和/或热变性的敏感性降低。当以每分钟 1 度的速率变性时，观察到的表观熔化温度从 73 °C 变为 84 °C。此外，蛋白质对变性剂的敏感性显着降低。此外，我们发现突变蛋白形成二聚体的趋势降低。我们提出，已鉴定的人 Tom40A 的弱稳定 β 链 1、2 和 9 在哺乳动物 TOM 机制内的四级蛋白质-蛋白质相互作用中发挥重要作用。我们的结果表明，使用经验能量函数来模拟 β-桶膜蛋白的表观稳定性可能是纳米孔生物工程领域的有用工具。
Beta-barrel membrane proteins have regular structures with extensive hydrogen bonding networks between their transmembrane (TM) β-strands, which stabilize their protein fold. Nevertheless, weakly stable TM regions exist, which are important for the protein function and interaction with other proteins. Here, we report on the apparent stability of human Tom40A, a member of the ‘mitochondrial porin family’ and main constituent of the mitochondrial protein-conducting channel TOM. Using a physical interaction model TmSIP for β-barrel membrane proteins, we have identified three β-strands unfavorable in the TM domain of the protein. Substitution of key residues inside these strands with hydrophobic amino acids results in a decreased sensitivity of the protein to chemical and/or thermal denaturation. The apparent melting temperature observed when denatured at a rate of one degree per minute, is shifted from 73 to 84 °C. Moreover, the sensitivity of the protein to denaturant agents is significantly lowered. Further, we find a reduced tendency for the mutated protein to form dimers. We propose that the identified weakly stable β-strands 1, 2 and 9 of human Tom40A play an important role in quaternary protein-protein interactions within the mammalian TOM machinery. Our results show that the use of empirical energy functions to model the apparent stability of β-barrel membrane proteins may be a useful tool in the field of nanopore bioengineering.
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