Impact of the glycine-rich loop on the function of processing peptidases of the mitochondrial type

Abstract

S O U H R N Většina mitochondriálních proteinů je syntetizována na cytosolických ribozomech ve formě svých prekurzorů nesoucích signální sekvence, které umožňují jejich transport do mitochondrií. Jakmile proteinový prekurzor dosáhne mitochondriální matrix, signální sekvence již není potřeba a je odštěpena heterodimerní mitochondriální "processing" peptidasou (MPP; α/β). Ačkoli krystalová struktura MPP je známa, mechanismus funkce MPP je stále předmětem diskusí. Volná molekulárně-dynamická (MD) simulace byla použita k detailnímu studiu strukturních znaků glycinové smyčky (GRL) regulační α-podjednotky kvasinkové MPP. Struktury divoké a mutantní formy MPP s delecí celé glycinové smyčky byly studovány i v přítomnosti substrátu v aktivním místu peptidasy. Cílená MD simulace byla použita ke studiu mechanismu translokace substrátu z GRL do aktivního místa. Prokázali jsme, že přirozená konformační flexibilita GRL je zcela zásadní pro translokaci substrátu z okolního prostředí do aktivního místa peptidasy. Ukazujeme, že α-helikální konformace substrátu je důležitá nejen během jeho prvotního kontaktu s MPP (t.j. rozpoznání substrátu), ale také později, přinejmenším během prví třetiny translokační dráhy substrátu. Dále ukazujeme, že substrát zůstává v kontaktu s GRL během celé první třetiny translokace, během níž...

A B S T R A C T The majority of the mitochondrial proteins is synthetized on the cytosolic ribosomes in the form of the protein precursors bearing mitochondrion-targeting signal presequences. Once the protein precursor has reached the mitochondrial matrix the signal presequence is no longer necessary and is cleaved off by heterodimeric mitochondrial processing peptidase (MPP; α/β). Although the crystal structure of MPP is available, the MPP mechanism of function is still matter of discussion. An all atomic, non-restrained molecular dynamics (MD) simulation in explicit water was used to study in detail the structural features of the highly conserved glycine-rich loop (GRL) of the regulatory α-subunit of the yeast MPP. Wild-type and GRL-deleted MPP structures were studied both in the presence and absence of a substrate in the peptidase active site. Targeted MD simulations were employed to study the mechanism of substrate translocation from the GRL to the peptidase active site. We demonstrate that the natural conformational flexibility of the GRL is crucial for the substrate translocation process from outside the enzyme towards the MPP active site. We show that the α-helical conformation of the substrate is important not only during its initial interaction with MPP (i.e. substrate recognition), but also later,...