Utilization of pulse labelling techniques for studying the dynamics of proteins and protein complexes

Abstract

(In Czech) Hmotnostní spektrometrie (MS) se stala častou technikou pro sledování struktury a dynamiky proteinů a proteinových komplexů. I když techniky založené na MS detekci nemohou poskytovat informace s vysokým rozlišením, jako je např. rentgenová difrakce, nukleární magnetická rezonance (NMR), nebo kryo-elektronová mikroskopie (cryo-EM), jsou dobrým nástrojem z hlediska poskytování informaci ohledně dynamiky, struktury a interakcí analytů s dalšími molekulami, např. ligandy. Tato doktorská práce představuje přínos do oblasti strukturní biologie při využití kovalentního značení, tzv. rychlé fotochemické oxidace proteinů (FPOP) a oxidace singletním kyslíkem (1 O2) pro studium struktury, dynamiky a interakcí proteinů a proteinových komplexů s dvoušroubovici DNA.V první části práce byla metoda FPOP využita k studiu struktury komplexu FOXO4-DAF16, která poukázala na možnosti analýzy takového komplexu pomocí přístupů "bottom-up" a "top-down". Dále je zde představena strategie izotopové deplece pro strategii "top- down", kde je demonstrována její výhoda ve spojení s multiCASI-ECD za účelem získaní nejvyšší možné strukturní informace ohledně interakce FOXO4 s IRE. Studie ukazuje, jak mohou informace získané ze strukturní proteomiky vést k vytvoření in-silico modelů protein-DNA komplexů, jejichž...

(In English) Mass spectrometry (MS) techniques are routinely used to probe the structure and dynamics of proteins and protein complexes. Although MS techniques lack the high resolution of data provided by X-ray crystallography, NMR, or cryo-EM, they excel in providing insights into analyte dynamics, structure, and interactions with other components, such as ligands. This doctoral thesis presents a contribution to the field of structural biology employing and extending covalent labelling approaches, namely Fast Photochemical oxidation of Proteins (FPOP) and oxidation by singlet oxygen (1 O2). These approaches were followed to study the structure, dynamics, and interaction of proteins, nucleic acids, and protein-DNA complexes in solution. Initially, FPOP was used to investigate the interaction interface of FOXO4 and DAF16-DNA response element and to show the possibilities of analyzing such a complex using both 'bottom- up' and 'top-down' approaches. Furthermore, an isotope depletion strategy combined with multiCASI-ECD proved effective in delivering structural information with the highest possible resolution for mapping protein-DNA interfaces. This research showcases how information derived from structural proteomic methods can guide the construction of in-silico models for protein-DNA complexes with...