Contribution of protein conformational heterogeneity to NMR lineshapes at cryogenic temperatures.
Contribution of protein conformational heterogeneity to NMR lineshapes at cryogenic temperatures.
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低温下蛋白质构象异质性对 NMR 线形的贡献。
DOI：
10.1073/pnas.2301053120
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发表时间：
2024
影响因子：
11.1
通讯作者：
McDermott,AnnE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yi,Xu;Fritzsching,KeithJ;Rogawski,Rivkah;Xu,Yunyao;McDermott,AnnE
虽然低温核磁共振在不稳定样品的分析和提高核磁共振检测的敏感度方面有着巨大的前景，但冷冻蛋白质样品的光谱展宽是一个常见的实验挑战。解释额外线宽的一个假设是，各种构象在室温下迅速平衡并冻结，在低温下造成不均匀的分布。在这里，我们通过测量105K下大肠杆菌二氢叶酸还原酶(Dhfr)的主链扭转角(Ψ)来研究构象异质性。出于这个和其他例子中特别广泛的N化学位移分布的动机，我们修改了建立的NCCNΨ实验，将Ni+1的化学位移与ΨI关联起来。随着ILE选择性地15N和13C的浓缩，在13C‘-15N相关谱中预计只有唯一的I60-I61对被检测到。对于这种独特的酰胺，我们基于分散的化学位移检测到了三个不同的构象盆地。确定了每个盆地的主干扭转角Ψ：主峰为114±7°，次峰为15 0±8°和16 4±16°，而X射线晶体结构为118°(和以前报道的各种结构为118°~130°)。这些研究支持这样的假设，即蛋白质骨架扭转角的不均匀分布导致了低温核磁共振谱中线形的加宽。
While low-temperature Nuclear Magnetic Resonance (NMR) holds great promise for the analysis of unstable samples and for sensitizing NMR detection, spectral broadening in frozen protein samples is a common experimental challenge. One hypothesis explaining the additional linewidth is that a variety of conformations are in rapid equilibrium at room temperature and become frozen, creating an inhomogeneous distribution at cryogenic temperatures. Here, we investigate conformational heterogeneity by measuring the backbone torsion angle (Ψ) inEscherichia coliDihydrofolate Reductase (DHFR) at 105 K. Motivated by the particularly broad N chemical shift distribution in this and other examples, we modified an established NCCN Ψ experiment to correlate the chemical shift of Ni+1to Ψi. With selective15N and13C enrichment of Ile, only the unique I60-I61 pair was expected to be detected in13C’-15N correlation spectrum. For this unique amide, we detected three different conformation basins based on dispersed chemical shifts. Backbone torsion angles Ψ were determined for each basin: 114 ± 7° for the major peak and 150 ± 8° and 164 ± 16° for the minor peaks as contrasted with 118° for the X-ray crystal structure (and 118° to 130° for various previously reported structures). These studies support the hypothesis that inhomogeneous distributions of protein backbone torsion angles contribute to the lineshape broadening in low-temperature NMR spectra.
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