REDOR recoupling in polymer-stabilized liquid crystals undergoing MAS — Two-dimensional NMR applications with strongly aligned proteins

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Abstract

We recently introduced a technique, termed SAD-REDOR, for recoupling residual dipolar couplings in a single-domain polymer-stabilized liquid crystal (PSLC) undergoing magic-angle spinning (MAS). The experiment was demonstrated with 1H–15N dipolar couplings in a small molecule. Here, we show the applicability of the technique to a strongly aligned protein and we describe a novel two-dimensional experiment to generate in-phase and anti-phase (IPAP) doublets in the 1H dimension of an HSQC NMR spectrum. This pulse sequence, SAD-IPAP, was tested on a sample of 15N-labeled ubiquitin (5 mmol/L) in a polyacrylamide-stabilized Pf1 phage liquid crystal (20 mg/mL). 15N–1H residual dipolar couplings (RDCs) were measured with the SAD-IPAP pulse sequence at spinning speeds of 1000 and 1250 Hz. RDSs were also measured using the conventional HSQC-IPAP method in a sample of 15N-ubiquitin dissolved in a solution of Pf1 phage (1 mg/mL). The resulting RDCs were fitted to the solution structure of ubiquitin to estimate the alignment tensor and to determine the accuracy of the measured couplings. The results highlight the benefits of SAD-REDOR for the measurement of RDCs in strongly aligned macromolecules.

Nous avons récemment introduit une technique, nommée SAD-REDOR, pour recoupler des couplages dipolaires résiduels (CDR) dans des cristaux liquides à domaine unique stabilisé par polymérisation (CLSP), en rotation rapide à l'angle magique. Cette technique fut démontrée en recouplant des CDR 1H-15N dans une petite molécule. Dans cet article, nous démontrons l'applicabilité de cette technique pour les protéines fortement alignées. Nous décrivons un nouveau programme d'impulsions bidimensionnel qui génère des doublets en phase et anti-phase dans la dimension 1H d'un spectre de RMN HSQC. Le programme, nommé SAD-IPAP, fut testé sur un échantillon d'ubiquitine enrichie en 15N (5 mmol/L) et mélangé avec un cristal liquide de phages Pf1 (20 mg/mL) stabilisé par de la polyacrylamide. Des CDR 15N-1H furent mesurés avec la méthode SAD-IPAP à des vitesses de rotation de 1000 Hz et 1250 Hz. Des CDR furent aussi mesurés en appliquant la méthode HSQC-IPAP à un échantillon d'ubiquitine-15N dans une solution de bactériophages Pf1 (1 mg/mL). Les CDR expérimentaux furent ajustés à la structure de l'ubiquitine en solution pour estimer le tenseur d'alignement et pour déterminer l'exactitude des couplages mesurés. Les résultats soulignent les bénéfices potentiels des techniques SAD-REDOR pour mesurer des CDR dans des macromolécules fortement alignées. Mots-clés: couplages dipolaires résiduels, cristaux liquides, phage Pf1, polyacrylamide, recouplage REDOR, rotation à l'angle magique, résonance magnétique nucléaire (RMN), biomoléculaire, protéines, ubiquitine.

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