Cd2+ as a Ca2+ surrogate in protein-membrane interactions: isostructural but not isofunctional

doi:10.1021/ja406958k

.2013年9月4日；135(35):12980-3.

doi:10.1021/ja406958k。 Epub 2013年8月21日。

Cd2+在蛋白质-膜相互作用中作为Ca2+替代物：同构但非异构功能

Krystal A Morales公司¹, 袁阳（音）, 郑龙, 李平伟, 亚历山大·泰勒, P约翰·哈特, 塔提亚纳一世伊古梅诺娃

附属公司

PMID： 23937054
预防性维修识别码：项目经理4749353
内政部： 10.1021/ja406958k

Cd2+在蛋白质-膜相互作用中作为Ca2+替代物：同构但非异构功能

Krystal A Morales公司等。美国化学会志. 2013.

.2013年9月4日；135(35):12980-3.

doi:10.1021/ja406958k。 Epub 2013年8月21日。

作者

Krystal A Morales公司¹, 袁阳（音）, 郑龙, 李平伟, 亚历山大·泰勒, P约翰·哈特, 塔提亚纳一世伊古梅诺娃

附属

¹德克萨斯农工大学生物化学和生物物理系，美国德克萨斯州大学城，邮编77843。

PMID： 23937054
预防性维修识别码：项目经理C4749353
内政部： 10.1021/ja406958k

摘要

由于其良好的光谱特性，Cd（2+）经常被用作蛋白质中Ca（2+）位点的探针。我们研究了Cd（2+）在蛋白质-膜相互作用中作为Ca（2+）的结构和功能替代物的能力。蛋白激酶Cα（C2α）的C2结构域被选为钙依赖性磷脂酰丝氨酸结合外周膜结构域的范例。我们使用核磁共振波谱鉴定了C2α的Cd（2+）结合位点，确定了Cd（2+）结合C2α的1.6μl晶体结构，并使用荧光光谱和超速离心实验表征了C2α与磷脂膜之间的金属离子依赖性相互作用。我们发现Cd（2+）与C2α的膜结合环形成紧密的复合物，但不能支持其膜结合功能。这与Pb（2+）形成鲜明对比，Pb（2+）在驱动C2α-膜结合过程中几乎与Ca（2+）一样有效。我们的结果首次直接证明了二价金属离子在介导蛋白质-膜相互作用中的特殊作用，对蛋白质中的金属取代研究具有重要意义，并说明了有毒金属离子引起的功能反应的潜在多样性。

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数字

图1
两种类型的镉²⁺C2α中的结合位点。的扩展¹⁵N个-¹H HSQC光谱显示110µM C2α的化学位移随Cd增加而变化²⁺浓度。第1组和第2组的残留物分别以粗体和斜体显示。星号表示载脂蛋白C2αT251交叉峰的位置，与F261重叠。

图2
镉²⁺结合到两个不同的C2α区域：CMBLs和N末端/Helix3区域。（A）低（黄色）和高浓度（黑色）Cd的化学位移扰动Δ²⁺制度，证明存在两种类型的网站。插图显示了Trp侧链的吲哚N–H基团的Δ值。（B）镉的分数²⁺-络合C2α，F_镉，使用Trp荧光发射光谱的光谱质心变化计算，与Cd对应²⁺浓度。（C）代表性NMR检测到的Cd²⁺N-末端/Helix3区域的结合曲线。（D）镉的晶体结构²⁺-复合C2α（PDB ID 4L1L）。残留物在镉上表现出中间-缓慢和快速交换状态²⁺绑定分别以橙色和蓝色突出显示。没有数据的Pro和残基为深灰色。

图3
金属离子的配位几何形状与其介导C2α-膜结合的能力无关。（A） CMBL-结合镉的配位几何²⁺（4L1L）和Ca²⁺（1DSY）。（B）荧光发射光谱，由含C2α和不含C2α的丹磺基掺杂LUV的光谱差异获得。钙中丹酰带的建立²⁺实验是由于蛋白质-膜FRET。（C）用含有30%PtdSer成分的LUV进行超速离心结合试验，获得膜结合C2α的部分群体。除Cu外，金属离子的总浓度为175µM²⁺/钙²⁺在12.5/175µM（bar 1）和175/2450µM。（D） CMBL-结合Pb的配位几何²⁺（3TWY）。

图4
钙²⁺置换Cu²⁺来自C2α的CMBL区域，形成混合Ca²⁺/铜²⁺-束缚物种。（A） PRE，计算为铜中核磁共振峰间强度的比值²⁺-对于两个Cu，C2α与载脂蛋白C2α结合²⁺浓度：50和150µM。数据归一化为残基K236。（B）的覆盖¹⁵N个-¹不同Ca浓度下100µM C2α的H HSQC光谱²⁺和铜²⁺.添加12倍Ca后仍然变宽的残留物²⁺超过Cu²⁺下划线。添加钙后强度完全恢复的残留物²⁺以粗体显示。箭头表示Ca引起的交叉峰偏移方向²⁺结合。（C）加宽残留物（蓝色）和钙回收残留物的绘图²⁺在载脂蛋白C2α（3RDJ）结构上添加（绿色）。

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