Published January 17, 2018 | Version v1
Publication Open

Three unrelated and unexpected amino acids determine the susceptibility of the interface cysteine to a sulfhydryl reagent in the triosephosphate isomerases of two trypanosomes

  • 1. Universidad Nacional Autónoma de México

Description

Proteins with great sequence similarity usually have similar structure, function and other physicochemical properties. But in many cases, one or more of the physicochemical or functional characteristics differ, sometimes very considerably, among these homologous proteins. To better understand how critical amino acids determine quantitative properties of function in proteins, the responsible residues must be located and identified. This can be difficult to achieve, particularly in cases where multiple amino acids are involved. In this work, two triosephosphate isomerases with very high similarity from two related human parasites were used to address one such problem. We demonstrate that a seventy-fold difference in the reactivity of an interface cysteine to the sulfhydryl reagent methylmethane sulfonate in these two enzymes depends on three amino acids located far away from this critical residue and which could not have been predicted using other current methods. Starting from previous observations with chimeric proteins involving these two triosephosphate isomerases, we developed a strategy involving additive mutant enzymes and selected site directed mutants to locate and identify the three amino acids. These three residues seem to induce changes in the interface cysteine in reactivity by increasing (or decreasing) its apparent pKa. Some enzymes with four to seven mutations also exhibited altered reactivity. This study completes a strategy for identifying key residues in the sequences of proteins that can have applications in future protein structure-function studies.

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

Translated Description (Arabic)

عادة ما يكون للبروتينات ذات التشابه الكبير في التسلسل بنية ووظيفة وخصائص فيزيائية كيميائية أخرى مماثلة. ولكن في كثير من الحالات، تختلف واحدة أو أكثر من الخصائص الفيزيائية والكيميائية أو الوظيفية، وأحيانًا بشكل كبير جدًا، بين هذه البروتينات المتماثلة. لفهم كيفية تحديد الأحماض الأمينية الهامة للخصائص الكمية للوظيفة في البروتينات بشكل أفضل، يجب تحديد المخلفات المسؤولة وتحديدها. قد يكون من الصعب تحقيق ذلك، خاصة في الحالات التي تنطوي على العديد من الأحماض الأمينية. في هذا العمل، تم استخدام اثنين من أيزومرات ثلاثي فوسفات مع تشابه كبير جدا من اثنين من الطفيليات البشرية ذات الصلة لمعالجة واحدة من هذه المشكلة. نثبت أن الاختلاف الذي يبلغ سبعين ضعفًا في تفاعل السيستين البيني مع كاشف سلفهيدريل ميثيل ميثان سلفونات في هذين الإنزيمين يعتمد على ثلاثة أحماض أمينية تقع بعيدًا عن هذه البقايا الحرجة والتي لم يكن من الممكن التنبؤ بها باستخدام طرق التيار الأخرى. بدءا من الملاحظات السابقة مع البروتينات الخيمرية التي تنطوي على هذين المصاوغين ثلاثي الفوسفات، قمنا بتطوير استراتيجية تنطوي على إنزيمات متحولة مضافة وموقع مختار موجه للطفرات لتحديد موقع وتحديد الأحماض الأمينية الثلاثة. يبدو أن هذه البقايا الثلاثة تحفز التغييرات في واجهة السيستين في التفاعل عن طريق زيادة (أو تقليل) pKa الظاهر. كما أظهرت بعض الإنزيمات التي تحتوي على أربع إلى سبع طفرات تفاعلًا متغيرًا. تكمل هذه الدراسة استراتيجية لتحديد المخلفات الرئيسية في تسلسلات البروتينات التي يمكن أن يكون لها تطبيقات في دراسات وظائف بنية البروتين المستقبلية.

Translated Description (French)

Les protéines ayant une grande similarité de séquence ont généralement une structure, une fonction et d'autres propriétés physico-chimiques similaires. Mais dans de nombreux cas, une ou plusieurs des caractéristiques physico-chimiques ou fonctionnelles diffèrent, parfois très considérablement, entre ces protéines homologues. Pour mieux comprendre comment les acides aminés critiques déterminent les propriétés quantitatives de la fonction dans les protéines, les résidus responsables doivent être localisés et identifiés. Cela peut être difficile à réaliser, en particulier dans les cas où plusieurs acides aminés sont impliqués. Dans ce travail, deux triosephosphate isomérases avec une très grande similitude provenant de deux parasites humains apparentés ont été utilisées pour résoudre un tel problème. Nous démontrons qu'une différence de soixante-dix fois dans la réactivité d'une cystéine d'interface au méthylméthane sulfonate réactif sulfhydryle dans ces deux enzymes dépend de trois acides aminés situés loin de ce résidu critique et qui n'auraient pas pu être prédits en utilisant d'autres méthodes actuelles. À partir d'observations antérieures avec des protéines chimériques impliquant ces deux triosephosphate isomérases, nous avons développé une stratégie impliquant des enzymes mutantes additives et des mutants dirigés vers le site sélectionnés pour localiser et identifier les trois acides aminés. Ces trois résidus semblent induire des modifications de la réactivité de la cystéine d'interface en augmentant (ou en diminuant) son pKa apparent. Certaines enzymes avec quatre à sept mutations présentaient également une réactivité altérée. Cette étude complète une stratégie pour identifier les résidus clés dans les séquences de protéines qui peuvent avoir des applications dans les futures études sur la structure et la fonction des protéines.

Translated Description (Spanish)

Las proteínas con gran similitud de secuencia generalmente tienen una estructura, función y otras propiedades fisicoquímicas similares. Pero en muchos casos, una o más de las características fisicoquímicas o funcionales difieren, a veces muy considerablemente, entre estas proteínas homólogas. Para comprender mejor cómo los aminoácidos críticos determinan las propiedades cuantitativas de la función en las proteínas, se deben localizar e identificar los residuos responsables. Esto puede ser difícil de lograr, particularmente en casos en los que están involucrados múltiples aminoácidos. En este trabajo, se utilizaron dos triosafosfato isomerasas con una similitud muy alta de dos parásitos humanos relacionados para abordar uno de estos problemas. Demostramos que una diferencia de setenta veces en la reactividad de una cisteína de interfaz con el reactivo sulfhidrilo metilmetanosulfonato en estas dos enzimas depende de tres aminoácidos ubicados lejos de este residuo crítico y que no se podría haber predicho utilizando otros métodos actuales. A partir de lo observado anteriormente con proteínas quiméricas que involucran a estas dos triosafosfato isomerasas, desarrollamos una estrategia que involucra enzimas mutantes aditivas y mutantes dirigidos al sitio seleccionados para localizar e identificar los tres aminoácidos. Estos tres residuos parecen inducir cambios en la reactividad de la cisteína de la interfaz al aumentar (o disminuir) su pKa aparente. Algunas enzimas con cuatro a siete mutaciones también mostraron una reactividad alterada. Este estudio completa una estrategia para identificar residuos clave en las secuencias de proteínas que pueden tener aplicaciones en futuros estudios de estructura-función de proteínas.

Files

journal.pone.0189525&type=printable.pdf

Files (3.7 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
md5:7b1860c1cfd87a2d63fc1dd06a3cb6d2
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحدد ثلاثة أحماض أمينية غير ذات صلة وغير متوقعة مدى حساسية السيستين البيني لكاشف السلفهيدريل في أيزومرات ثلاثي فوسفات اثنين من المثقبيات
Translated title (French)
Trois acides aminés non apparentés et inattendus déterminent la sensibilité de la cystéine d'interface à un réactif sulfhydryle dans les triosephosphate isomérases de deux trypanosomes
Translated title (Spanish)
Tres aminoácidos no relacionados e inesperados determinan la susceptibilidad de la cisteína de interfaz a un reactivo de sulfhidrilo en las triosafosfato isomerasas de dos tripanosomas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2788217217
DOI
10.1371/journal.pone.0189525

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W1508885706
  • https://openalex.org/W1649336778
  • https://openalex.org/W1926915036
  • https://openalex.org/W1966652903
  • https://openalex.org/W1966713407
  • https://openalex.org/W1995766329
  • https://openalex.org/W2014162883
  • https://openalex.org/W2014853483
  • https://openalex.org/W2031545478
  • https://openalex.org/W2033629854
  • https://openalex.org/W2035467972
  • https://openalex.org/W2040198144
  • https://openalex.org/W2060820342
  • https://openalex.org/W2073777658
  • https://openalex.org/W2084804664
  • https://openalex.org/W2089169279
  • https://openalex.org/W2131204071
  • https://openalex.org/W2133607721
  • https://openalex.org/W2166637863
  • https://openalex.org/W2531481684
  • https://openalex.org/W4313183104