Exploiting temperature-sensitive orthologs to understand protein allostery
利用温度敏感的直系同源物来了解蛋白质变构
基本信息
- 批准号:10716051
- 负责人:
- 金额:$ 37.49万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-08-01 至 2028-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Allosteric RegulationBiochemicalBiological AssayBiological PhenomenaBiological ProcessBiophysicsClinicalCollectionCommunitiesComputer softwareCrystallographyData AnalysesDemocracyDiseaseDrug TargetingEnzymesEquilibriumFamilyGenerationsGoalsHealthHuman BiologyKnowledgeLengthMeasurementMethodsMolecularMolecular ChaperonesMolecular ConformationMotionOrthologous GenePeptide HydrolasesPhosphotransferasesProtein ConformationProteinsRegulationResearchStructureStructure-Activity RelationshipTemperatureTherapeuticTimeWorkX-Ray Crystallographybiophysical propertiesdrug discoveryimprovedinsightnovel strategiesprotein functionprotein structureresponsestructural biologytemperature jumptemporal measurementtime usetool
项目摘要
Project Summary
We propose to study the relationship between the structure, dynamics, and function of enzymes
by examining how changes to their conformational ensembles regulate their catalytic functions.
Understanding this relationship is critical for understanding macromolecular phenomena such
as allosteric regulation, yet it remains difficult, because the relevant conformational changes
involve a hierarchy of motions that occur across broad lengthscales (sub-Å to multi-nm) and
timescales (ps-s). Our lab is developing a new generation of structural measurements that
combine temperature perturbations with static and time-resolved X-ray crystallography, allowing
us to explore the conformational landscapes of protein molecules in detail. We aim to apply
these methods to temperature-sensitive orthologs from key enzyme families, including kinases,
proteases, and ATP-dependent chaperones, to understand how changes to their conformational
ensembles modulate their biological functions. The specific goals of our work are: (1) Use multi-
temperature X-ray crystallography, combined with traditional biochemical and biophysical
assays, to quantify the relationship between conformational states and catalytic activity. (2)
Characterize previously invisible conformational states of enzymes, including cryptic pockets
that can be targeted for drug discovery, using time-resolved temperature-jump crystallography.
(3) Continue developing new hardware and software to improve the collection and analysis of
data from multi-temperature and temperature-jump crystallography. Our research represents a
novel approach to understanding how the balance of active and inactive conformations drives
the regulation of protein function. Successful completion will yield new information about the
structure-function relationships of biologically and clinically important enzymes and provide new
opportunities for targeting them with therapeutics. We expect that similar changes to protein
conformational ensembles underlie thermal regulation and other types of allosteric regulation in
these enzyme families, and therefore we expect our results to be generally useful in
understanding allosteric regulation more broadly. Finally, our work will develop a framework for
studying the relationship between protein structure, dynamics, and function that exploits the
response of protein conformational ensembles to temperature, and we aim to democratize the
use of multi-temperature and temperature-jump crystallography as a general tool for the
structural biology community.
项目概要
我们建议研究酶的结构、动力学和功能之间的关系
通过检查其构象整体的变化如何调节其催化功能。
理解这种关系对于理解大分子现象至关重要
作为变构调节,但它仍然很困难,因为相关的构象变化
涉及在广泛的长度尺度(亚埃到多纳米)上发生的一系列运动,并且
我们的实验室正在开发新一代的结构测量方法。
将温度扰动与静态和时间分辨 X 射线晶体学相结合,允许
我们的目标是详细探索蛋白质分子的构象景观。
这些方法适用于来自关键酶家族(包括激酶)的温度敏感直系同源物,
蛋白酶和 ATP 依赖性伴侣,以了解其构象如何变化
我们工作的具体目标是:(1)使用多种方法。
温度X射线晶体学,结合传统的生物化学和生物物理
测定,以量化构象状态和催化活性之间的关系 (2)。
表征以前不可见的酶构象状态,包括隐秘的口袋
可以使用时间分辨跳温晶体学来靶向药物发现。
(3)继续开发新的硬件和软件,以改进数据的收集和分析
我们的研究来自多温度和温度跳跃晶体学的数据。
理解活性和非活性构象平衡如何驱动的新方法
蛋白质功能的调节的成功完成将产生有关蛋白质功能的新信息。
生物学和临床上重要的酶的结构-功能关系,并提供新的
我们预计蛋白质也会发生类似的变化。
构象系综是热调节和其他类型变构调节的基础
这些酶家族,因此我们希望我们的结果普遍适用于
最后,我们的工作将制定一个框架。
研究蛋白质结构、动力学和功能之间的关系,利用
蛋白质构象整体对温度的响应,我们的目标是使
使用多温度和温度跳跃晶体学作为通用工具
结构生物学界。
项目成果
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