Structural and functional studies of signaling molecules in axon guidance

Abstract

This work aims to determine a model of the autoinhibition mechanism of MICAL proteins using biochemical, biophysical, and bioinformatical approaches. MICAL proteins are a group of flavin monooxygenases that play a key role in various cellular processes, as they facilitate the reorganization of the actin cytoskeleton. MICAL-1 has long been known for its vital role in axon guidance as an effector of repulsive signaling through oxidative destabilization of actin filaments. However, recent findings indicate that MICAL-1 can also serve as a sig- naling molecule, using localized hydrogen peroxide production to regulate other downstream effectors. Despite the consensus that MICAL-1 activity must be strictly regulated, the exact molecular mechanism of this regulation has not yet been described. In this work, we provide a novel model of MICAL-1 autoinibiton mechanism based on a comparison of steady-state kinetic experiments and molecular dynamics simulations between full-length MICAL-1 from Coturnix japonica and its truncated form lacking the C-terminal domain. In our model, we conclude that changes in MICAL-1 activity are the result of intramolecular protein interac- tions between the C-terminal and the monooxygenase domain. Furthermore, we rule out the role of MICAL-1 oligomerization in its activity...

V této práci jsme se zaměřili na studium autoinhibičního mechanismu proteinů z rodiny MI- CAL pomocí biochemických, biofyzikálních a bioinformatických metod. MICAL proteiny patří do skupiny flavinových monooxygenas a sehrávají nezbytnou roli v řadě buněčných pro- cesů zejména skrze regulaci dynamiky cytoskeletonu. MICAL-1 je dlouhodobě studován pro svou roli v mechanismu navádění axonu jako efektor repulzivně signalizačních drah, kde pů- sobí destabilizaci aktinových vláken pomocí své oxidační aktivity. Nedávno zveřejněné studie poukazují na to, že MICAL-1 může působit také jako signalizační molekula skrze lokalizo- vanou produkci peroxidu vodíku, která reguluje funkci dalších proteinů. Navzdory tomu, že je dlouhodobě zřejmé, že aktivita MICAL-1 proteinu musí být přísně regulována, přesný mechanismus této regulace dosud není znám. Na základě studia reakční kinetiky a simu- lací molekulové dynamiky MICAL-1 proteinu z křepelky japonské a jeho zkrácené verze bez C-terminální domény, předkládáme nový model pro autoinhibiční mechanismus MICAL-1 proteinů. Domníváme se, že regulace aktivity MICAL-1 proteinů je zprostředkována skrze interakci mezi C-terminální a monooxygenasovou doménou, která brání plné katalytické ak- tivitě. Dále předkládáme důkazy o tom, že regulace aktivity proteinu není ovlivněna...