Understanding the interaction of antibodies and transcription factors with their ligands through structural biology

Abstract

Understanding protein function highly benefits from the knowledge of its three-dimensional structure, especially in the case of protein-ligand complexes. Structural biology methods such as X-ray crystallography, SAXS and NMR are therefore widely used for structural studies of protein-ligand interaction. In this work, these methods were used to understand two biological processes involving protein interactions: X-ray structural analysis was used to study binding of effector molecule to a prokaryotic transcription factor. NMR and SAXS techniques were used to study interaction of a monoclonal antibody with its protein antigen. Transcriptional regulator DeoR negatively regulates the expression of catabolic genes for the utilization of deoxyribonucleosides and deoxyribose in Bacillus subtilis. DeoR comprises an N-terminal DNA-binding domain and a C-terminal effector-binding domain (C-DeoR), and its function is regulated by binding of a small-molecular effector deoxyribose-5-phosphate. We determined crystal structures of C-DeoR both in the free form and in complex with deoxyribose-5-phosphate. Structural analysis revealed unique covalent binding of effector molecule through a reversible Schiff-base double bond with an effector-binding-site lysine residue. The physiological nature of this binding mode was...

K pochopení funkce proteinu významně přispívá znalost jeho trojrozměrné struktury, obzvláště v případě komplexů s ligandy. Metody strukturní biologie, jako je rentgenová krystalografie, SAXS nebo NMR, jsou proto ve strukturní analyse interakcí proteinů s ligandy široce využívány. V této práci byly tyto metody využity k objasnění molekulární podstaty dvou biologických dějů využívajících proteinové interakce: rentgenostrukturní analysa byla použita ke studiu vazby efektorové molekuly k prokaryotnímu transkripčnímu faktoru, metody NMR a SAXS byly využity ke studiu interakce monoklonální protilátky s proteinovým antigenem. Transkripční regulátor DeoR negativně reguluje expresi katabolických genů pro utilizaci deoxyribonukleosidů a deoxyribosy v bakterii Bacillus subtilis. DeoR se skládá z N-koncové DNA-vazebné domény a z C-koncové efektor-vazebné domény (C-DeoR). Jeho funkce je regulována vazbou nízkomolekulárního efektoru deoxyribosa-5-fosfátu. Vyřešili jsme krystalové struktury C-DeoR ve volné formě a v komplexu s deoxyribosa-5-fosfátem. Strukturní analysa odhalila unikátní vazbu mezi molekulou efektoru a lysylovým zbytkem efektor-vazebného místa prostřednictvím reversibilní dvojné vazby typu Schiffovy base. Fysiologická relevance této vazby byla potvrzena mutačními experimenty a také analysou tvorby...