Structural regulation in mitochondrial vitamin-D and vitamin-A metabolizing cytochromes P450
线粒体维生素 D 和维生素 A 代谢细胞色素 P450 的结构调节
基本信息
- 批准号:10630084
- 负责人:
- 金额:$ 39.76万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-01 至 2025-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Active SitesAddressAllosteric RegulationBindingBiological AssayBiological AvailabilityCYP27B1 geneCarbonCatalysisChemicalsComplexCytochrome P450Cytochromes b5DataElectron TransportElementsEnzymesExhibitsFoundationsGoalsHemeHemeproteinsHormonesHydroxylationKnowledgeMediatingMetabolismMicrosomesMitochondriaNMR SpectroscopyProteinsReactionRegulationResearchSchemeSideStructureSystemTechniquesTestingVitamin AVitamin DWorkX-Ray Crystallographycrosslinkelectron donormolecular dynamicsmultidisciplinaryprogramstool
项目摘要
PROJECT SUMMARY AND ABSTRACT
Cytochromes P450 (CYPs) constitute a wide-ranging class of heme containing enzymes that mediate
catalysis for a diverse array of reactions. A common feature for all CYP mediated reactions is reliance on
accessory proteins as electron donors, allosteric modulators, or both. The small heme protein cytochrome b5,
for example, is a well-characterized modulator of microsomal CYP activity. However, the regulatory scheme for
the P450 systems in the mitochondria (where b5 is not available as a modulator) is not currently understood,
thereby representing a fundamental gap in the knowledge of how these systems work. Therefore, the
overarching goal of this research program is to outline the structural framework for how the activity of
mitochondrial CYPs enzymes are regulated. As an important first step toward this goal, this proposal outlines a
structure and function study for two vitamin D metabolizing mitochondrial enzymes, CYP27B1 and CYP24A1.
While CYP27B1 activates vitamin D via a 1α-hydroxylation of the vitamin D pre-hormone, CYP24A1 exerts the
opposite effect by deactivating via a carbon 23 or carbon 24 hydroxylation of the vitamin D side chain. In
concert, they exhibit tightly regulatory control that governs vitamin D bioavailability.
The enclosed preliminary data demonstrates that formation of the CYP-Adx electron transfer complex
produces a long-range change in CYP24A1 structure that perturbs the enzyme's ability to bind vitamin D and
that is also consistent with a closing off of the CYP active site. These data form the basis for the overall
working hypothesis that substrate binding and electron transfer (steps 1 and 2 in CYP catalysis) participate in
an allosteric regulation of CYP function in mitochondria. Over the next five years, the Estrada lab plans to test
elements of this hypothesis as a set of project goals that utilize a multidisciplinary tool kit including, among
other techniques, nuclear magnetic resonance spectroscopy, X-ray crystallography, chemical cross-linking,
molecular dynamics simulations, and functional assays. The goal of this effort is to address fundamental
questions pertaining to mitochondrial CYP function, structure, and regulation of function. While the work
proposed here outlines the short-term goals of this research program, completing these goals will lay the
foundation for the study of additional mitochondrial CYPs, leading to a sustainable long-term research
program.
项目摘要和摘要
细胞色素P450(CYPS)构成了一类含有介导的酶的血红素类
催化剂的一系列反应。所有CYP介导的反应的共同特征是缓解
辅助蛋白作为电子供体,变构调节剂或两者兼而有之。小血红素蛋白细胞色素B5,
例如,是微粒体CYP活性的特征良好的调节剂。但是,
线粒体中的P450系统目前尚不理解B5(其中b5不可用),
从而代表了这些系统如何工作的知识中的根本差距。因此,
该研究计划的总体目标是概述如何活动的结构框架
线粒体CYPS酶受到调节。作为朝着这一目标的重要第一步,该提案概述了
两种维生素D代谢线粒体酶CYP27B1和CYP24A1的结构和功能研究。
CYP27B1通过维生素D前激素的1α-羟基化激活维生素D,而CYP24A1执行
通过通过碳23或碳24维生素D侧链的碳化而停用的效果。在
音乐会,他们表现出严格的调节控制,该控制控制了维生素D生物利用度。
封闭的初步数据表明,CYP-ADX电子传输复合物的形成
在CYP24A1结构中产生远距离变化,该结构使酶结合维生素D和
这也与关闭CYP活动站点的关闭一致。这些数据构成了整体的基础
底物结合和电子转移(CYP催化中的步骤1和2)参与的工作假设
线粒体中CYP功能的变构调节。在接下来的五年中,埃斯特拉达实验室计划测试
该假设的要素是利用多学科工具套件的一组项目目标
其他技术,核磁共振光谱,X射线晶体学,化学交联,
分子动力学模拟和功能测定。这项努力的目的是解决基本
与线粒体CYP功能,结构和功能调节有关的问题。工作时
这里提出的概述了该研究计划的短期目标,完成这些目标将是
研究其他线粒体CYP的研究基金会,导致可持续的长期研究
程序。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Characterization of a Cleavable Fusion of Human CYP24A1 with Adrenodoxin Reveals the Variable Role of Hydrophobics in Redox Partner Binding.
- DOI:10.1021/acs.biochem.1c00770
- 发表时间:2022-01-18
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Jay N;Duffy SR;Estrada DF
- 通讯作者:Estrada DF
Crystal Structures of Drug-Metabolizing CYPs.
- DOI:10.1007/978-1-0716-1554-6_7
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:D. F. Estrada;Amit Kumar;C. Campomizzi;N. Jay
- 通讯作者:D. F. Estrada;Amit Kumar;C. Campomizzi;N. Jay
Structural basis of bidirectional allostery across the heme in a cytochrome P450 enzyme.
- DOI:10.1016/j.jbc.2023.104977
- 发表时间:2023-08
- 期刊:
- 影响因子:4.8
- 作者:Kumar, Amit;Estrada, D. Fernando
- 通讯作者:Estrada, D. Fernando
19 F-NMR shows that active site aromatic residues in CYP121 of Mycobacterial tuberculosisplay a dual role in substrate interaction and protein structure.
19 F-NMR显示结核分枝杆菌CYP121中的活性位点芳香族残基在底物相互作用和蛋白质结构中发挥双重作用。
- DOI:
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Campomizzi,ChristopherS;Estrada,DFernandoF
- 通讯作者:Estrada,DFernandoF
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