Intrinsically disordered proteins: structure, dynamics and molecular recognition using nmr spectroscopy
- Autores: Belén Chaves Arquero
- Directores de la Tesis: María Ángeles Jiménez López (dir. tes.), Jose Manuel Perez Cañadillas (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Encarnación Martínez Salas (presid.), Douglas Laurents (secret.), Francisco José Blanco Gutiérrez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Médica por la Universidad Complutense de Madrid; la Universidad de Alcalá y la Universidad San Pablo-CEU
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
El descubrimiento de las proteínas desordenadas IDPs o dominios IDDs, las cuales no tienen estructura secundaria en condiciones fisiológicas, ha revolucionado el paradigma de la relación secuencia/estructura/función de las proteínas. La ausencia de estructura parece ser fundamental para su función. Esta tesis busca ampliar el conocimiento actual sobre IDPs mediante el estudio de dos sistemas: (i) el dominio C-terminal de la Histona H1.0 (C-H1.0) y (ii) el dominio N-terminal del factor de inicio de la traducción eucariota eIF4G (eIF4G1 1-250). La principal técnica usada para entender las bases moleculares de las funciones biológicas de estas proteínas a resolución atómica ha sido la resonancia magnética nuclear (RMN). Se ha obtenido información complementaria mediante la utilización de otras técnicas biofísicas y de nuevas estrategias computacionales.
C-H1.0 tiene un papel clave en la regulación de la condensación de la cromatina y en la transcripción a través de su unión al ADN, que está modulada por fosforilaciones. Se han caracterizado las propiedades estructurales y dinámicas de este dominio, que contiene tres sitios de fosforilación, tanto en el estado sin fosforilar como en el fosforilado. Para ello se ha empleado una nueva estrategia de asignación y un enfoque minimalista basado en péptidos modelo.
eIF4G1 es un factor esencial en la traducción, en el control post-transcripcional y en los gránulos de estrés. Se han identificado los sitios de unión a (i) dos proteínas de unión a ARN (Pub1 y Pab1) , y a (ii) oligonucleótidos de ARN, y se han caracterizado la interacción intermolecular de las tres proteínas consigo mismas. Utilizando una nueva estrategia computacional se ha calculado un conjunto de estructuras representativo de eIFG1, siendo éste uno de los primeros ejemplos de estructura de IDP. Las interacciones se han analizado a partir de los cambios de desplazamientos químicos y de intensidades, los datos de relajación paramagnética PRE, los acoplamientos dipolares residuales y espectros editados por isótopos. Se ha propuesto un modelo en el que las redes de interacción entre Pab1-Pub1-eIF4G1 pueden progresar a oligómeros y eventualmente a formas condensadas. Este modelo es relevante para la transición físico-química de fase observada durante la nucleación de los gránulos de estrés. Todos estos hallazgos han avanzado el conocimiento sobre cómo estructuras ordenadas y desorden se coordinan, lo que es crucial para esclarecer por completo la función proteica.
- English
The sequence-structure-function paradigm of proteins has been revolutionized by the discovery of intrinsically disordered proteins (IDPs) or domains (IDDs), which do not have any secondary structure under physiological conditions. This absence of well-defined structure seems to be fundamental to their function. This Thesis seeks to enhance the knowledge about these proteins, focusing on the study of two systems (i) the C-terminal domain of Histone H1.0 (C-H1.0) and (ii) N-terminal domain of eukaryotic translation initiation factor eIF4G1 (eIF4G1 1-250). The main technique used to understand the molecular basis of the biological roles of these proteins at atomic resolution has been nuclear magnetic resonance (NMR), complemented by other biophysical techniques and novel computational strategies.
C-H1.0 has a key role in regulating chromatin condensation and transcription through its DNA binding, which is modulated by phosphorylation. Structural and dynamics properties of the fulllength domain, which contains three phosphorylation motifs, have been characterized in its phosphorylated and non-phosphorylated states, using a novel CON-based strategy and a minimalist approach based on model peptides.
eIF4G1 is an essential factor in translation, in post-transcriptional control and stress granules. The binding sites of (i) two RNA binding proteins (Pub1 and Pab1), (ii) RNA oligonucleotides, have been identified and self-recognition events of the three proteins have been characterized. A novel computational strategy has been used to calculate a representative ensemble being one of the first examples of an IDP structure. Analysis of protein-protein interactions individually as well as the interplay among them has been done using chemical shift and intensity mapping, paramagnetic relaxation enhancements (PREs), residual dipolar couplings (RDCs) and isotope discriminated spectroscopy. A model in which the interaction networks of Pub1-Pab1-eIF4G can progress to an oligomer forms, and eventually to condensates has been proposed. This model is relevant for physical-chemical phase-transition observed during the nucleation of stress granules. All these findings advance our understanding how structure and disorder work together will be crucial for uncovering the full extent of protein function.
- español
