Computational design of Lactobacillus Acidophilus α-L-rhamnosidase to increase its structural stability
Creators
- 1. Chulalongkorn University
Description
α-L-rhamnosidase catalyzes hydrolysis of the terminal α-L-rhamnose from various natural rhamnoglycosides, including naringin and hesperidin, and has various applications such as debittering of citrus juices in the food industry and flavonoid derhamnosylation in the pharmaceutical industry. However, its activity is lost at high temperatures, limiting its usage. To improve Lactobacillus acidophilus α-L-rhamnosidase stability, we employed molecular dynamics (MD) to identify a highly flexible region, as evaluated by its root mean square fluctuation (RMSF) value, and computational protein design (Rosetta) to increase rigidity and favorable interactions of residues in highly flexible regions. MD results show that five regions have the highest flexibilities and were selected for design by Rosetta. Twenty-one designed mutants with the best ΔΔG at each position and ΔΔG < 0 REU were simulated at high temperature. Eight designed mutants with ΔRMSF of highly flexible regions lower than -10.0% were further simulated at the optimum temperature of the wild type. N88Q, N202V, G207D, Q209M, N211T and Y213K mutants were predicted to be more stable and could maintain their native structures better than the wild type due to increased hydrogen bond interactions of designed residues and their neighboring residues. These designed mutants are promising enzymes with high potential for stability improvement.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يحفز α - L - rhamnosidase التحلل المائي للمحطة α - L - rhamnose من مختلف مركبات rhamnoglycosides الطبيعية، بما في ذلك naringin و hesperidin، وله تطبيقات مختلفة مثل التخلص من عصائر الحمضيات في صناعة الأغذية و derhamnosylation الفلافونويد في صناعة المستحضرات الصيدلانية. ومع ذلك، يفقد نشاطه في درجات حرارة عالية، مما يحد من استخدامه. لتحسين استقرار Lactobacillus acidophilus α - L - rhamnosidase، استخدمنا الديناميكيات الجزيئية (MD) لتحديد منطقة عالية المرونة، كما تم تقييمها من خلال قيمة متوسط تذبذب الجذر التربيعي (RMSF)، وتصميم البروتين الحسابي (Rosetta) لزيادة الصلابة والتفاعلات المواتية للمخلفات في المناطق عالية المرونة. تظهر نتائج MD أن خمس مناطق تتمتع بأعلى درجات المرونة وتم اختيارها للتصميم من قبل Rosetta. تمت محاكاة واحد وعشرين طفرة مصممة مع أفضل ΔΔG في كل موضع و ΔΔG < 0 Reu عند درجة حرارة عالية. تمت محاكاة ثمانية طفرات مصممة مع ΔRMSF لمناطق مرنة للغاية أقل من -10.0 ٪ عند درجة الحرارة المثلى للنوع البري. كان من المتوقع أن تكون طفرات N88Q و N202V و G207D و Q209M و N211T و Y213K أكثر استقرارًا ويمكن أن تحافظ على هياكلها الأصلية بشكل أفضل من النوع البري بسبب زيادة تفاعلات رابطة الهيدروجين بين المخلفات المصممة والمخلفات المجاورة لها. هذه الطفرات المصممة هي إنزيمات واعدة ذات إمكانات عالية لتحسين الاستقرار.Translated Description (French)
l'α-L-rhamnosidase catalyse l'hydrolyse de l'α-L-rhamnose terminal à partir de divers rhamnoglycosides naturels, y compris la naringine et l'hespéridine, et a diverses applications telles que l'amertume des jus d'agrumes dans l'industrie alimentaire et la derhamnosylation des flavonoïdes dans l'industrie pharmaceutique. Cependant, son activité est perdue à haute température, ce qui limite son utilisation. Pour améliorer la stabilité de l'α-L-rhamnosidase de Lactobacillus acidophilus, nous avons utilisé la dynamique moléculaire (DM) pour identifier une région très flexible, évaluée par sa valeur de fluctuation quadratique moyenne (RMSF), et la conception de protéines computationnelles (Rosetta) pour augmenter la rigidité et les interactions favorables des résidus dans les régions très flexibles. Les résultats de MD montrent que cinq régions ont les flexibilités les plus élevées et ont été sélectionnées pour la conception par Rosetta. Vingt-et-un mutants conçus avec le meilleur ΔΔG à chaque position et ΔΔG < 0 REU ont été simulés à haute température. Huit mutants conçus avec ΔRMSF de régions très flexibles inférieures à -10,0% ont ensuite été simulés à la température optimale du type sauvage. Il a été prédit que les mutants N88Q, N202V, G207D, Q209M, N211T et Y213K seraient plus stables et pourraient mieux maintenir leurs structures natives que le type sauvage en raison de l'augmentation des interactions de liaison hydrogène des résidus conçus et de leurs résidus voisins. Ces mutants conçus sont des enzymes prometteuses avec un potentiel élevé d'amélioration de la stabilité.Translated Description (Spanish)
la α-L-ramnosidasa cataliza la hidrólisis de la α-L-ramnosa terminal de varios ramnoglucósidos naturales, incluidos la naringina y la hesperidina, y tiene varias aplicaciones, como el desamargado de los jugos de cítricos en la industria alimentaria y la deramnosilación de flavonoides en la industria farmacéutica. Sin embargo, su actividad se pierde a altas temperaturas, limitando su uso. Para mejorar la estabilidad de la α-L-ramnosidasa de Lactobacillus acidophilus, empleamos la dinámica molecular (DM) para identificar una región altamente flexible, según lo evaluado por su valor de fluctuación cuadrática media (RMSF) y el diseño computacional de proteínas (Rosetta) para aumentar la rigidez y las interacciones favorables de los residuos en regiones altamente flexibles. Los resultados de MD muestran que cinco regiones tienen las mayores flexibilidades y fueron seleccionadas para el diseño por Rosetta. Veintiún mutantes diseñados con el mejor ΔΔG en cada posición y ΔΔG < 0 REU se simularon a alta temperatura. Ocho mutantes diseñados con ΔRMSF de regiones altamente flexibles inferiores a -10.0% se simularon adicionalmente a la temperatura óptima del tipo salvaje. Se predijo que los mutantes N88Q, N202V, G207D, Q209M, N211T e Y213K eran más estables y podían mantener sus estructuras nativas mejor que el tipo salvaje debido al aumento de las interacciones de enlaces de hidrógeno de los residuos diseñados y sus residuos vecinos. Estos mutantes diseñados son enzimas prometedoras con un alto potencial para mejorar la estabilidad.Files
journal.pone.0268953&type=printable.pdf
Files
(2.8 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:d3b42a43267b7beea64a142801b9a4a5
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التصميم الحسابي لـ Lactobacillus Acidophilus α - L - rhamnosidase لزيادة ثباته الهيكلي
- Translated title (French)
- Conception informatique de Lactobacillus Acidophilus α-L-rhamnosidase pour augmenter sa stabilité structurelle
- Translated title (Spanish)
- Diseño computacional de Lactobacillus Acidophilus α-L-ramnosidasa para aumentar su estabilidad estructural
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4281554699
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0268953
References
- https://openalex.org/W1735326722
- https://openalex.org/W1964778948
- https://openalex.org/W1977807009
- https://openalex.org/W1979809299
- https://openalex.org/W1981407102
- https://openalex.org/W1992826733
- https://openalex.org/W1994074483
- https://openalex.org/W1995820791
- https://openalex.org/W1999656664
- https://openalex.org/W2004822259
- https://openalex.org/W2014304474
- https://openalex.org/W2015282754
- https://openalex.org/W2016654903
- https://openalex.org/W2018443850
- https://openalex.org/W2019270451
- https://openalex.org/W2025768791
- https://openalex.org/W2039781258
- https://openalex.org/W2040949792
- https://openalex.org/W2043239895
- https://openalex.org/W2055408581
- https://openalex.org/W2058016519
- https://openalex.org/W2071117096
- https://openalex.org/W2078969895
- https://openalex.org/W2086487994
- https://openalex.org/W2094796868
- https://openalex.org/W2097279657
- https://openalex.org/W2114239896
- https://openalex.org/W2117458899
- https://openalex.org/W2117856173
- https://openalex.org/W2118200955
- https://openalex.org/W2121394348
- https://openalex.org/W2123509270
- https://openalex.org/W2123687265
- https://openalex.org/W2129434797
- https://openalex.org/W2149525061
- https://openalex.org/W2152301430
- https://openalex.org/W2153110429
- https://openalex.org/W2201713963
- https://openalex.org/W2313116527
- https://openalex.org/W2404280981
- https://openalex.org/W2509372138
- https://openalex.org/W2514937930
- https://openalex.org/W2792709906
- https://openalex.org/W2807278012
- https://openalex.org/W2886513604
- https://openalex.org/W2894766391
- https://openalex.org/W2899061997
- https://openalex.org/W2905978293
- https://openalex.org/W2915047426
- https://openalex.org/W2945019993
- https://openalex.org/W2963615914
- https://openalex.org/W2969849053
- https://openalex.org/W3010452664
- https://openalex.org/W3026526369
- https://openalex.org/W3026853622
- https://openalex.org/W3093754856
- https://openalex.org/W3100300994
- https://openalex.org/W3103834725
- https://openalex.org/W3136119733
- https://openalex.org/W3138851219
- https://openalex.org/W3164244039
- https://openalex.org/W3187816781
- https://openalex.org/W3191961771
- https://openalex.org/W4229999065
- https://openalex.org/W4252488946