Published February 9, 2016 | Version v1
Publication Open

Human Frataxin Folds Via an Intermediate State. Role of the C-Terminal Region

  • 1. Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas
  • 2. University of Buenos Aires

Description

The aim of this study is to investigate the folding reaction of human frataxin, whose deficiency causes the neurodegenerative disease Friedreich's Ataxia (FRDA). The characterization of different conformational states would provide knowledge about how frataxin can be stabilized without altering its functionality. Wild-type human frataxin and a set of mutants, including two highly destabilized FRDA-associated variants were studied by urea-induced folding/unfolding in a rapid mixing device and followed by circular dichroism. The analysis clearly indicates the existence of an intermediate state (I) in the folding route with significant secondary structure content but relatively low compactness, compared with the native ensemble. However, at high NaCl concentrations I-state gains substantial compaction, and the unfolding barrier is strongly affected, revealing the importance of electrostatics in the folding mechanism. The role of the C-terminal region (CTR), the key determinant of frataxin stability, was also studied. Simulations consistently with experiments revealed that this stretch is essentially unstructured, in the most compact transition state ensemble (TSE2). The complete truncation of the CTR drastically destabilizes the native state without altering TSE2. Results presented here shed light on the folding mechanism of frataxin, opening the possibility of mutating it to generate hyperstable variants without altering their folding kinetics.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الهدف من هذه الدراسة هو التحقيق في التفاعل القابل للطي للفراتاكسين البشري، الذي يسبب نقصه مرض ترنح فريدريك التنكسي العصبي (FRDA). من شأن توصيف الحالات التشكيلية المختلفة أن يوفر المعرفة حول كيفية استقرار الفراتاكسين دون تغيير وظائفه. تمت دراسة الفراتاكسين البشري من النوع البري ومجموعة من الطفرات، بما في ذلك اثنين من المتغيرات المرتبطة بـ FRDA غير المستقرة للغاية عن طريق الطي/الكشف الناجم عن اليوريا في جهاز خلط سريع متبوعًا بالازدواج اللوني الدائري. يشير التحليل بوضوح إلى وجود حالة وسيطة (I) في مسار الطي مع محتوى هيكل ثانوي كبير ولكن ضغط منخفض نسبيًا، مقارنة بالمجموعة الأصلية. ومع ذلك، عند تركيزات كلوريد الصوديوم العالية، تكتسب الحالة I ضغطًا كبيرًا، ويتأثر الحاجز المتكشف بشدة، مما يكشف عن أهمية الكهرباء الساكنة في آلية الطي. كما تمت دراسة دور المنطقة الطرفية C (CTR)، وهي المحدد الرئيسي لاستقرار الفراتاكسين. كشفت المحاكاة المتسقة مع التجارب أن هذا الامتداد غير منظم بشكل أساسي، في مجموعة الحالة الانتقالية الأكثر إحكاما (TSE2). يؤدي الاقتطاع الكامل لـ CTR إلى زعزعة استقرار الحالة الأصلية بشكل كبير دون تغيير TSE2. تسلط النتائج المقدمة هنا الضوء على آلية طي الفراتاكسين، مما يفتح إمكانية تحوره لتوليد متغيرات مفرطة الاستقرار دون تغيير حركتها القابلة للطي.

Translated Description (French)

L'objectif de cette étude est d'étudier la réaction de repliement de la frataxine humaine, dont la carence provoque la maladie neurodégénérative de l'Ataxie de Friedreich (FRDA). La caractérisation de différents états conformationnels fournirait des connaissances sur la façon dont la frataxine peut être stabilisée sans altérer sa fonctionnalité. La frataxine humaine de type sauvage et un ensemble de mutants, dont deux variants fortement déstabilisés associés à la FRDA, ont été étudiés par pliage/dépliage induit par l'urée dans un dispositif de mélange rapide et suivi d'un dichroïsme circulaire. L'analyse indique clairement l'existence d'un état intermédiaire (I) dans la voie de pliage avec une teneur en structure secondaire significative mais une compacité relativement faible, par rapport à l'ensemble natif. Cependant, à des concentrations élevées de NaCl, l'état I gagne un compactage substantiel, et la barrière de déploiement est fortement affectée, révélant l'importance de l'électrostatique dans le mécanisme de pliage. Le rôle de la région C-terminale (CTR), le déterminant clé de la stabilité de la frataxine, a également été étudié. Des simulations cohérentes avec les expériences ont révélé que cet étirement est essentiellement non structuré, dans l'ensemble d'états de transition le plus compact (TSE2). La troncature complète du CTR déstabilise drastiquement l'état natif sans altérer TSE2. Les résultats présentés ici mettent en lumière le mécanisme de repliement de la frataxine, ouvrant la possibilité de la muter pour générer des variants hyperstables sans altérer leur cinétique de repliement.

Translated Description (Spanish)

El objetivo de este estudio es investigar la reacción de plegamiento de la frataxina humana, cuya deficiencia provoca la enfermedad neurodegenerativa Ataxia de Friedreich (FRDA). La caracterización de diferentes estados conformacionales proporcionaría conocimiento sobre cómo se puede estabilizar la frataxina sin alterar su funcionalidad. La frataxina humana de tipo salvaje y un conjunto de mutantes, incluidas dos variantes asociadas a FRDA altamente desestabilizadas, se estudiaron mediante plegamiento/desplegamiento inducido por urea en un dispositivo de mezcla rápida y seguido de dicroísmo circular. El análisis indica claramente la existencia de un estado intermedio (I) en la ruta de plegado con un contenido de estructura secundaria significativo pero una compacidad relativamente baja, en comparación con el conjunto nativo. Sin embargo, a altas concentraciones de NaCl, el estado I gana una compactación sustancial y la barrera de despliegue se ve fuertemente afectada, lo que revela la importancia de la electrostática en el mecanismo de plegado. También se estudió el papel de la región C-terminal (CTR), el determinante clave de la estabilidad de la frataxina. Las simulaciones consistentes con los experimentos revelaron que este tramo está esencialmente desestructurado, en el conjunto de estados de transición más compacto (TSE2). El truncamiento completo del CTR desestabiliza drásticamente el estado nativo sin alterar el TSE2. Los resultados presentados aquí arrojan luz sobre el mecanismo de plegamiento de la frataxina, abriendo la posibilidad de mutarlo para generar variantes hiperestables sin alterar su cinética de plegamiento.

Files

srep20782.pdf.pdf

Files (4.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:83946ffde4ab0f4912dea877c6728922
4.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يطوي الفراتاكسين البشري عبر حالة وسيطة. دور المنطقة الطرفية ج
Translated title (French)
La frataxine humaine se plie via un état intermédiaire. Rôle de la région C-terminale
Translated title (Spanish)
La frataxina humana se pliega a través de un estado intermedio. Rol de la Región C-Terminal

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2415861233
DOI
10.1038/srep20782

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1493551487
  • https://openalex.org/W1563805057
  • https://openalex.org/W1584712655
  • https://openalex.org/W1607106398
  • https://openalex.org/W1965808767
  • https://openalex.org/W1968291593
  • https://openalex.org/W1971832114
  • https://openalex.org/W1972206250
  • https://openalex.org/W1972604602
  • https://openalex.org/W1985128559
  • https://openalex.org/W1987137042
  • https://openalex.org/W1987161862
  • https://openalex.org/W1990773197
  • https://openalex.org/W2000430596
  • https://openalex.org/W2000791535
  • https://openalex.org/W2008278384
  • https://openalex.org/W2013247579
  • https://openalex.org/W2014475890
  • https://openalex.org/W2015296723
  • https://openalex.org/W2017076970
  • https://openalex.org/W2017362665
  • https://openalex.org/W2017721189
  • https://openalex.org/W2028246897
  • https://openalex.org/W2032112002
  • https://openalex.org/W2043666185
  • https://openalex.org/W2045880076
  • https://openalex.org/W2048063313
  • https://openalex.org/W2050073440
  • https://openalex.org/W2056245019
  • https://openalex.org/W2057776677
  • https://openalex.org/W2059601372
  • https://openalex.org/W2065864578
  • https://openalex.org/W2068586241
  • https://openalex.org/W2069879098
  • https://openalex.org/W2071219702
  • https://openalex.org/W2074981631
  • https://openalex.org/W2078453780
  • https://openalex.org/W2078632235
  • https://openalex.org/W2080449760
  • https://openalex.org/W2090063868
  • https://openalex.org/W2090265120
  • https://openalex.org/W2093273257
  • https://openalex.org/W2098145541
  • https://openalex.org/W2101328551
  • https://openalex.org/W2105822562
  • https://openalex.org/W2106292700
  • https://openalex.org/W2110475076
  • https://openalex.org/W2110977020
  • https://openalex.org/W2112154906
  • https://openalex.org/W2113508000
  • https://openalex.org/W2113576510
  • https://openalex.org/W2116475117
  • https://openalex.org/W2117747873
  • https://openalex.org/W2120039680
  • https://openalex.org/W2124033454
  • https://openalex.org/W2125078806
  • https://openalex.org/W2126923900
  • https://openalex.org/W2129692011
  • https://openalex.org/W2135982928
  • https://openalex.org/W2140565568
  • https://openalex.org/W2144562104
  • https://openalex.org/W2154078559
  • https://openalex.org/W2155385687
  • https://openalex.org/W2158994566
  • https://openalex.org/W2159892385
  • https://openalex.org/W2161822445
  • https://openalex.org/W2170150807
  • https://openalex.org/W2193103120
  • https://openalex.org/W2321032176
  • https://openalex.org/W2322937714
  • https://openalex.org/W2412739675