Integrated Theoretical and Experimental Studies of P450 Structure and Function

P450结构与功能的综合理论与实验研究

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The overall goals of this project are to couple our molecular modeling capabilities with new methodologies for encapsulating membrane proteins in soluble Nanodisc structures and obtaining precise three-dimensional structures by solid-state NMR (SSNMR) to derive accurate predictions for membrane proteins. The proposed project pilots these approaches with an analysis of a limited number of cytochrome P450 monooxygenases (P450s) that play critical roles in synthetic and detoxicative functions in mammalian, insect, plant, fungal and bacterial systems. Expression of these membrane-bound proteins utilizes experimental Nanodisc systems that allow membrane proteins to exist in an active, native conformation within a stabile lipid-protein complex to provide monodisperse proteins for solid-state NMR analysis. Use of high-field (600-750 MHz 1H frequency) magic-angle spinning NMR spectroscopy and multidimensional dipolar recoupling pulse sequences will provide low-resolution structural backbone information for the ubiquitous and difficult class of membrane proteins that are not readily characterized at a structural level by many techniques applied to soluble proteins. We will, in a completely interdisciplinary fashion, use our molecular modeling capabilities to facilitate resolution of SSNMR spectra and our SSNMR-derived backbone structures to limit the range of molecular models requiring analysis and structural predictions for side-chain orientations. Automation of the interface between molecular modeling and SSNMR has significant potential for improving the capacity for defining structures on a wide range of proteins, not only membrane-bound P450 proteins but also the entire range of proteins capable of being expressed in prokaryotic (E. coli) and eukaryotic (baculovirus-infected insect cells, yeast) expression systems suitable for isotopic labeling. Structural comparisons of proteins within this very large superfamily of divergent P450 sequences will allow us to define the limits on current molecular modeling procedures, to contrast the evolutionary distinct solutions to common metabolic activities and to begin accurately predicting structures for P450s for which crystal structures may never be a possibility. These studies will also allow to characterize these proteins in a lipid-associated environment that should recapitulate interactions of these proteins with their native membranes and identify differences with available crystal structures derived for their truncated and soluble forms.
描述(由申请人提供):该项目的总体目标是将我们的分子建模能力与新方法结合起来,将膜蛋白封装在可溶性纳米圆盘结构中,并通过固态核磁共振(SSNMR)获得精确的三维结构,以得出准确的预测对于膜蛋白。拟议的项目通过分析有限数量的细胞色素 P450 单加氧酶 (P450) 来试验这些方法,这些酶在哺乳动物、昆虫、植物、真菌和细菌系统的合成和解毒功能中发挥着关键作用。这些膜结合蛋白的表达利用实验性纳米圆盘系统,该系统允许膜蛋白以活性、天然构象存在于稳定的脂质-蛋白复合物中,从而为固态NMR分析提供单分散蛋白。使用高场(600-750 MHz 1H 频率)魔角旋转核磁共振波谱和多维偶极重耦合脉冲序列将为普遍存在且难以在结构上表征的膜蛋白提供低分辨率结构主链信息。通过许多应用于可溶性蛋白质的技术来提高水平。我们将以完全跨学科的方式,利用我们的分子建模能力来促进 SSNMR 谱的分辨率,并利用我们的 SSNMR 衍生的主链结构来限制需要分析和侧链方向结构预测的分子模型的范围。分子建模和 SSNMR 之间接口的自动化对于提高定义各种蛋白质结构的能力具有巨大的潜力,不仅是膜结合的 P450 蛋白质,而且还包括能够在原核生物(大肠杆菌)中表达的整个蛋白质范围。 )和真核(杆状病毒感染的昆虫细胞、酵母)表达系统适合同位素标记。对这个非常大的不同 P450 序列超家族中的蛋白质进行结构比较将使我们能够定义当前分子建模程序的限制,将进化上不同的解决方案与常见的代谢活动进行对比,并开始准确预测晶体结构可能永远不会出现的 P450 的结构。成为一种可能性。这些研究还将允许在脂质相关环境中表征这些蛋白质,该环境应概括这些蛋白质与其天然膜的相互作用,并确定与其截短和可溶形式衍生的可用晶体结构的差异。

项目成果

期刊论文数量(3)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Citrus flavonoids luteolin, apigenin, and quercetin inhibit glycogen synthase kinase-3ýý enzymatic activity by lowering the interaction energy within the binding cavity.
柑橘类黄酮木犀草素、芹菜素和槲皮素通过降低结合腔内的相互作用能来抑制糖原合成酶激酶 3×× 酶活性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Johnson, Jodee L;Rupasinghe, Sanjeewa G;Stefani, Felicia;Schuler, Mary A;Gonzalez de Mejia, Elvira
  • 通讯作者:
    Gonzalez de Mejia, Elvira
Magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy of nanodisc-embedded human CYP3A4.
纳米盘嵌入的人 CYP3A4 的魔角旋转固态核磁共振波谱。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2007-12-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Kijac, Aleksandra Z;Li, Ying;Sligar, Stephen G;Rienstra, Chad M
  • 通讯作者:
    Rienstra, Chad M
A gain-of-function polymorphism controlling complex traits and fitness in nature.
控制自然界中复杂性状和适应性的功能获得多态性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012-08-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Prasad, Kasavajhala V S K;Song, Bao;Olson;Anderson, Jill T;Lee, Cheng;Schranz, M Eric;Windsor, Aaron J;Clauss, Maria J;Manzaneda, Antonio J;Naqvi, Ibtehaj;Reichelt, Michael;Gershenzon, Jonathan;Rupasinghe, Sanjeewa G
  • 通讯作者:
    Rupasinghe, Sanjeewa G
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