Studium struktury a interakcí proteinů pomocí strukturní hmotnostní spektrometrie

Abstract

Transmembránové kanály a přenášeče z ClC proteinové rodiny se vyskytují napříč všemi živými organismy. Nacházejí se na cytoplasmatických a lysosomálních membránách buněk, kde se podílí na udržování homeostázy iontů. Narušení jejich funkce vede k vážným zdravotním komplikacím. Pro vývoj efektivní léčby těchto onemocnění je potřeba objasnit transportní mechanismus ClC proteinů. Antiporter ClC-ec1 z E.coli je modelovým proteinem celé ClC proteinové rodiny. Tento homodimerní protein, který transportuje proton proti dvěma chloridovým iontům, má transportní dráhu v každé z podjednotek. Na základě krystalové struktury se přepokládá, že během transportu se protein střídavě otevírá na obě strany membrány. Otevření proteinu směrem ven je umožněno protonací tří glutamátů, které se nacházejí v transportní dráze a jsou pro transport iontů klíčové. Pro studium tohoto stavu byl navržen QQQ mutant, který má tyto glutamáty nahrazeny za glutaminy. Dosud se studium transportního mechanismu ClC-ec1 opíralo převážně o studie založené na rentgenové krystalografii. Krystalografie poskytla statické obrázky, které neobsahovaly dostatečné informace o dynamice proteinu. Proto jsme pro studium transportního mechanismu ClC-ec1 zvolili dynamickou metodu - vodík-deuteriovou výměnu spojenou s hmotnostní spektrometrií. Součástí...

Transmembrane channels and transporters of the ClC protein family are present across all living organisms. They are found on the cytoplasmic and lysosomal membranes of the cells, where they participate in maintaining ion homeostasis. When dysfuncional, they lead to serious health complications. To develop treatment for these diseases, it is essential to describe transport mechanism of ClC proteins. The antiporter ClC-ec1 from E.coli is used as a model protein for the entire ClC protein family. This homodimeric protein, which transports one proton against two chloride ions, has a separate transport path in each monomer. Based on the crystal structure, it is believed that during transport the protein alternates between outward and inward-facing conformations. Conversion to the outward-facing conformation of the protein is accompanied by the protonation of three glutamates located in the transport path. To study these conditions, a QQQ mutant was designed that has these glutamates replaced by glutamines. Until now, the study of the transport mechanism of ClC-ec1 has mainly relied on studies based on X-ray crystallography. Crystallography provided static images, which did not contain sufficient information about protein dynamics. Therefore, to study transport mechanism of ClC-ec1, we chose a dynamic...