Effect of peptide binding on amide proton exchange rates in the PDZ2 domain from human phosphatase hPTP1E

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Abstract

Amide hydrogen-deuterium exchange rates were measured in the PDZ2 domain from human phosphatase hPTP1E by 1H-15N heteronuclear NMR spectroscopy. Protection factors were calculated for the slowly exchanging hydrogens in both the free PDZ2 domain and its complex with an octapeptide peptide, R-N-E-I-Q-S-L-V, derived from the C-terminus of the Fas receptor. Aside from a short α-helical region α1 (amino acids A-45 to D-49), the pattern of highly protected amides correlated well with the presence of hydrogen bonds in elements of the secondary structure. Hydrogen-bonded amides showed relatively fast exchange rates with half-lives of less than 9 h at pD 7.6 and 8°C. Protection factors, calculated as the ratio of theoretical (denatured) and observed exchange rates, showed less dispersion in maximal values than did the actual exchange rates. This behavior and the large pH dependence of the exchange rates suggest that amide exchange is close to the EX2 limit. In this limit, exchange of the most protected amides occurs through a global unfolding mechanism. The free energy of the unfolding calculated from the largest protection factors is 4.8 ± 0.4 kcal/mol (1 cal = 4.184 J). This ΔG° closely matches the value measured by experiments with guanidine hydrochloride and fluorescence emission spectroscopy. Peptide binding to PDZ2 resulted in mostly global effects and stabilized the folded domain by 1.4 kcal/mol.

Les taux d'échange hydrogène-deutérium des groupes amide du domaine PDZ2 de la phosphatase hPTP1E humaine ont été mesurés à l'aide de la spectroscopie de RMN hétéronucléaire de 1H et 15N. Les facteurs de protection ont été calculés pour les hydrogènes s'échangeant lentement dans le domaine PDZ2 libre et le domaine PDZ2 formant un complexe avec l'octapeptide R-N-E-I-Q-S-L-V dérivé de la partie C-terminale du récepteur Fas. Mis à part une petite région α1 ayant une hélice α (acides aminés A-45 à D-49), il y a une bonne corrélation entre le motif des amides fortement protégés et les liens hydrogène présents dans des éléments de la structure secondaire. Les groupes amide formant des liens hydrogène ont des taux d'échange relativement rapides ayant des demi-vies inférieures à 9 h, à pD 7,6 et 8°C. Les facteurs de protection, calculés comme étant le rapport entre le taux d'échange théorique (dénaturé) et le taux d'échange observé, sont moins dispersés aux valeurs maximales que les taux d'échange véritables. Ce comportement et la forte dépendance des taux d'échange envers le pH suggèrent que l'échange amidique est près de la limite EX2. Dans cette limite, l'échange des groupes amide les plus protégés se fait à la suite d'un déploiement global. L'énergie libre du déploiement, calculée d'après les facteurs de protection les plus grands, est 4,8 ± 0,4 kcal/mol (1 cal = 4,184 J). Ce ΔG° est très rapproché de la valeur mesurée au cours d'expériences de spectroscopie d'émission de fluorescence en présence de chlorhydrate de guanidine. La liaison d'un peptide à PDZ2 entraîne des effets principalement globaux et elle stabilise le domaine replié de 1,4 kcal/mol. [Traduit par la Rédaction]

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