Targeted modifications of the protein-protein interactions: Ternary complex of interferon-γ as a model system

Abstract

Klíčovým požadavkem pro detailní porozumění biologických procesů, až na molekulární úroveň, je znalost struktury interagujících molekul a jejich komplexů. Jako modelový systém, pro naši studii, jsme si zvolili IFN-γ. Ačkoliv je tato molekula jedním ze zásadních modulátorů imunitní odpovědi, a je studována již více než 60 let, tak struktura přídavného receptoru (IFN-γR2) a porozumění celému komplexu je nedostačující. V této práci jsme se nejprve zabývali binárním systémem IFN-γ s jeho receptorem, který vykazuje vysokou afinitu k IFN-γ a prostorová struktura obou dvou molekul je známa. Zaměřili jsme se tedy na modulaci afinity mezi IFN-γ a tímto receptorem. Náš přístup spočíval v inovativní metodě založené na modulaci stability protein-proteinových interakcí pomocí mutagenizace aminokyselinových zbytků umístěných uvnitř struktury proteinu. Podařilo se nám zvýšit afinitu testované interakce sedmkrát. Druhá část projektu byla zaměřena na krystalizaci, vyřešení a popis struktury druhého - přídavného receptoru pro IFN-γ. Naše analýza variabilních aminokyselinových zbytků na povrchu tohoto proteinu a strukturně příbuzných receptorů z rodiny typu II odhalila možné vazebné místo pro IFN-γ. Ve třetí části naší práce jsme se zaměřili na krystalizaci IFN-γ z platýze druhu Paralichthys olivaceus a tuto...

A key prerequisite for a deeper understanding of biological processes at molecular level is a detailed description of the three-dimensional structure of interaction partners and their complexes. We adopted the IFN-γ complex as our model system. Even though IFN-γ is one of the key modulators of the immunity response, which has been studied intensively for more than 60 years, the structure of the accessory receptor chain and the understanding of the IFN-γ complex is still lacking. In this work we firstly discussed the binary system between IFN-γ and its high affinity receptor R1 which is structurally known. Using a new innovative methodology we focused on the modulation of the affinity between IFN-γ and its receptor R1. Our approach was based on the modulation of protein - protein stability by mutating cavities in the proteins' structure and increasing the affinity about seven-fold. Secondly, we crystallized and solved the structure of the IFN-γ receptor 2, the accessory receptor molecule. Our analysis of variable residues on the surface of the structures of type II family receptors, to which receptor 2 belongs, revealed the putative binding site for IFN-γ. In the third part of our work, we crystallized IFN-γ from olive flounder Paralichthys olivaceus and solved its structure at 2.3 Å resolution (PDB...