ATP and Mg2+ Promote the Reversible Oligomerization and Aggregation of Chloroplast 2-Cys Peroxiredoxin
Creators
- 1. Fundación Instituto Leloir
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. University of Buenos Aires
- 4. Comisión Nacional de Energía Atómica
Description
2-Cys peroxiredoxins (2-Cys Prxs) are ubiquitous peroxidases with important roles in cellular antioxidant defense and hydrogen peroxide-mediated signaling. Post-translational modifications of conserved cysteines cause the transition from low to high molecular weight oligomers, triggering the functional change from peroxidase to molecular chaperone. However, it remains unclear how non-covalent interactions of 2-Cys Prx with metabolites modulate the quaternary structure. Here, we disclose that ATP and Mg(2+) (ATP/Mg) promote the self-polymerization of chloroplast 2-Cys Prx (polypeptide 23.5 kDa) into soluble higher order assemblies (>2 MDa) that proceed to insoluble aggregates beyond 5 mM ATP. Remarkably, the withdrawal of ATP or Mg(2+) brings soluble oligomers and insoluble aggregates back to the native conformation without compromising the associated functions. As confirmed by transmission electron microscopy, ATP/Mg drive the toroid-like decamers (diameter 13 nm) to the formation of large sphere-like particles (diameter ∼30 nm). Circular dichroism studies on ATP-labeled 2-Cys Prx reveal that ATP/Mg enhance the proportion of β-sheets with the concurrent decrease in the content of α-helices. In line with this observation, the formation of insoluble aggregates is strongly prevented by 2,2,2-trifluoroethanol, a cosolvent employed to induce α-helical conformations. We further find that the response of self-polymerization to ATP/Mg departs abruptly from that of the associated peroxidase and chaperone activities when two highly conserved residues, Arg(129) and Arg(152), are mutated. Collectively, our data uncover that non-covalent interactions of ATP/Mg with 2-Cys Prx modulate dynamically the quaternary structure, thereby coupling the non-redox chemistry of cell energy with redox transformations at cysteine residues.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
2 - Cys peroxiredoxins (2 - Cys Prxs) هي بيروكسيدازات في كل مكان لها أدوار مهمة في الدفاع الخلوي المضاد للأكسدة والإشارات بوساطة بيروكسيد الهيدروجين. تتسبب التعديلات اللاحقة للترجمة للسيستين المحفوظ في الانتقال من أوليغومرات الوزن الجزيئي المنخفض إلى الوزن الجزيئي العالي، مما يؤدي إلى التغيير الوظيفي من البيروكسيداز إلى تشابيرون الجزيئي. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح كيف تقوم التفاعلات غير التساهمية لـ 2 - Cys Prx مع المستقلبات بتعديل البنية الرباعية. هنا، نكشف أن ATP و Mg(2+) (ATP/Mg) يعززان البلمرة الذاتية للبلاستيدات الخضراء 2 - Cys Prx (بولي ببتيد 23.5 كيلو دالتون) في تجميعات ذات ترتيب أعلى قابلة للذوبان (>2 MDa) تنتقل إلى الركام غير القابل للذوبان الذي يتجاوز 5 مللي متر من ATP. ومن اللافت للنظر أن سحب أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو المغنيسيوم(2+) يعيد الأوليجومرات القابلة للذوبان والركام غير القابل للذوبان إلى التشكيل الأصلي دون المساس بالوظائف المرتبطة بها. كما أكد الفحص المجهري الإلكتروني للإرسال، فإن ATP/Mg يدفع الديكامرات الشبيهة بالحلقات (قطرها 13 نانومتر) إلى تكوين جزيئات كبيرة تشبه الكرة (قطرها 30 نانومتر). تكشف دراسات ثنائية اللون الدائرية على ATP - labeled 2 - Cys Prx أن ATP/Mg يعزز نسبة أوراق β مع الانخفاض المتزامن في محتوى الهليكات ألفا. تماشياً مع هذه الملاحظة، يتم منع تكوين الركام غير القابل للذوبان بقوة بواسطة 2،2،2 - ثلاثي فلورو الإيثانول، وهو مذيب مشترك يستخدم للحث على التشكيلات الحلزونية ألفا. نجد كذلك أن استجابة البلمرة الذاتية لـ ATP/Mg تختلف فجأة عن استجابة أنشطة البيروكسيداز والمرافقة المرتبطة بها عندما يتم تحور بقايا عالية الحفظ، ARG(129) و ARG(152). بشكل جماعي، تكشف بياناتنا أن التفاعلات غير التساهمية لـ ATP/Mg مع 2 - Cys Prx تعدل ديناميكيًا البنية الرباعية، وبالتالي تقترن كيمياء غير الأكسدة لطاقة الخلية بتحولات الأكسدة في بقايا السيستين.Translated Description (French)
Les peroxirédoxines 2-Cys (2-Cys Prxs) sont des peroxydases omniprésentes qui jouent un rôle important dans la défense antioxydante cellulaire et la signalisation médiée par le peroxyde d'hydrogène. Les modifications post-traductionnelles des cystéines conservées provoquent la transition d'oligomères de faible poids moléculaire à des oligomères de poids moléculaire élevé, déclenchant le changement fonctionnel de la peroxydase à la chaperone moléculaire. Cependant, il n'est pas clair comment les interactions non covalentes de 2-Cys Prx avec les métabolites modulent la structure quaternaire. Ici, nous révélons que l'ATP et le Mg(2+) (ATP/Mg) favorisent l'auto-polymérisation du chloroplaste 2-Cys Prx (polypeptide 23,5 kDa) en assemblages solubles d'ordre supérieur (>2 MDa) qui procèdent à des agrégats insolubles au-delà de 5 mM d'ATP. Remarquablement, le retrait de l'ATP ou du Mg(2+) ramène les oligomères solubles et les agrégats insolubles à la conformation native sans compromettre les fonctions associées. Comme le confirme la microscopie électronique à transmission, l'ATP/Mg entraîne les décamères toroïdales (diamètre 13 nm) à la formation de grandes particules sphériques (diamètre ∼30 nm). Les études de dichroïsme circulaire sur le 2-Cys Prx marqué à l'ATP révèlent que l'ATP/Mg augmente la proportion de feuilles β avec la diminution concomitante de la teneur en hélices α. Conformément à cette observation, la formation d'agrégats insolubles est fortement empêchée par le 2,2,2-trifluoroéthanol, un cosolvant utilisé pour induire des conformations α-hélicoïdales. Nous trouvons en outre que la réponse de l'auto-polymérisation à l'ATP/Mg s'écarte brusquement de celle des activités peroxydase et chaperone associées lorsque deux résidus hautement conservés, Arg(129) et Arg(152), sont mutés. Collectivement, nos données révèlent que les interactions non covalentes de l'ATP/Mg avec le 2-Cys Prx modulent dynamiquement la structure quaternaire, couplant ainsi la chimie non redox de l'énergie cellulaire avec des transformations redox au niveau des résidus cystéine.Translated Description (Spanish)
Las peroxirredoxinas 2-Cys (2-Cys Prxs) son peroxidasas ubicuas con papeles importantes en la defensa antioxidante celular y la señalización mediada por peróxido de hidrógeno. Las modificaciones postraduccionales de las cisteínas conservadas causan la transición de oligómeros de bajo a alto peso molecular, desencadenando el cambio funcional de peroxidasa a chaperona molecular. Sin embargo, no está claro cómo las interacciones no covalentes de 2-Cys Prx con metabolitos modulan la estructura cuaternaria. Aquí, divulgamos que el ATP y el Mg(2+) (ATP/Mg) promueven la autopolimerización del cloroplasto 2-Cys Prx (polipéptido 23.5 kDa) en ensamblajes solubles de orden superior (>2 MDa) que proceden a agregados insolubles más allá de 5 mM de ATP. Sorprendentemente, la retirada de ATP o Mg(2+) devuelve los oligómeros solubles y los agregados insolubles a la conformación nativa sin comprometer las funciones asociadas. Según lo confirmado por microscopía electrónica de transmisión, ATP/Mg impulsa los decámeros tipo toroide (diámetro 13 nm) a la formación de partículas grandes tipo esfera (diámetro ~30 nm). Los estudios de dicroísmo circular en 2-Cys Prx marcados con ATP revelan que el ATP/Mg mejora la proporción de láminas β con la disminución concurrente en el contenido de hélices α. En línea con lo anterior, la formación de agregados insolubles es fuertemente prevenida por el 2,2,2-trifluoroetanol, un codisolvente empleado para inducir conformaciones α-helicoidales. Además, encontramos que la respuesta de la autopolimerización a ATP/Mg se aparta abruptamente de la de las actividades asociadas de peroxidasa y chaperona cuando dos residuos altamente conservados, Arg(129) y Arg(152), están mutados. En conjunto, nuestros datos revelan que las interacciones no covalentes de ATP/Mg con 2-Cys Prx modulan dinámicamente la estructura cuaternaria, acoplando así la química no redox de la energía celular con transformaciones redox en los residuos de cisteína.Files
pdf.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:74977393c21ea65ee9e40ff02c22c347
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ATP و Mg2+ تعزيز أوليغوميريزاتيون عكسها وتجميع كلوروبلاست 2 -سيس بيروكسيدوكسين
- Translated title (French)
- L'ATP et le Mg2+ favorisent l'oligomérisation et l'agrégation réversibles de la peroxirédoxine 2-Cys chloroplaste
- Translated title (Spanish)
- ATP y Mg2+ promueven la oligomerización reversible y la agregación de cloroplasto 2-Cys peroxirredoxina
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2029978595
- DOI
- 10.1074/jbc.m111.239434
References
- https://openalex.org/W1512176015
- https://openalex.org/W1523271479
- https://openalex.org/W1560051507
- https://openalex.org/W1965420960
- https://openalex.org/W1966351676
- https://openalex.org/W1967400589
- https://openalex.org/W1968943030
- https://openalex.org/W1970795622
- https://openalex.org/W1973047195
- https://openalex.org/W1973680007
- https://openalex.org/W1975276394
- https://openalex.org/W1989400319
- https://openalex.org/W1991299399
- https://openalex.org/W1999377438
- https://openalex.org/W2001755249
- https://openalex.org/W2002115616
- https://openalex.org/W2005840706
- https://openalex.org/W2007684558
- https://openalex.org/W2019123322
- https://openalex.org/W2022392367
- https://openalex.org/W2023111791
- https://openalex.org/W2023231364
- https://openalex.org/W2023920048
- https://openalex.org/W2026225426
- https://openalex.org/W2035875342
- https://openalex.org/W2036232454
- https://openalex.org/W2039078729
- https://openalex.org/W2044949501
- https://openalex.org/W2048881311
- https://openalex.org/W2051687003
- https://openalex.org/W2052292690
- https://openalex.org/W2053427272
- https://openalex.org/W2055538941
- https://openalex.org/W2059195182
- https://openalex.org/W2062901635
- https://openalex.org/W2062972313
- https://openalex.org/W2063679630
- https://openalex.org/W2065846398
- https://openalex.org/W2066011802
- https://openalex.org/W2073937912
- https://openalex.org/W2083167859
- https://openalex.org/W2088129599
- https://openalex.org/W2088570910
- https://openalex.org/W2088790008
- https://openalex.org/W2089922354
- https://openalex.org/W2090603409
- https://openalex.org/W2110096570
- https://openalex.org/W2112227516
- https://openalex.org/W2117937845
- https://openalex.org/W2120262061
- https://openalex.org/W2120717592
- https://openalex.org/W2142219733
- https://openalex.org/W2145538573
- https://openalex.org/W2147228426
- https://openalex.org/W2156738261
- https://openalex.org/W2158496331
- https://openalex.org/W2165186407
- https://openalex.org/W2171413096
- https://openalex.org/W40913884
- https://openalex.org/W4240209268
- https://openalex.org/W67150131