Effects of Leu43Pro Mutation in the TPM1 Gene on the Structure and Properties of Cardiac Tropomyosin

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

We investigated the effect of the Leu43Pro mutation in the TPM1 gene encoding the cardiac tropomyosin isoform on the structure and properties of the tropomyosin molecule. For this purpose, we obtained a recombinant tropomyosin preparation with the L43P amino acid substitution in both α-chains of the tropomyosin double superhelix, i.e. with the substitution of the canonical Leu43 residues by the non-canonical Pro residues, and studied the effect of this substitution on the structural and functional properties of tropomyosin. Circular dichroism spectroscopy showed that the L43P substitution significantly disrupts the α-helical structure of the tropomyosin molecule. Differential scanning calorimetry showed that this amino acid substitution causes serious changes in the domain structure of the tropomyosin molecule, leading to significant destabilization of the N-terminal part of the molecule. Measurements of the viscosity of tropomyosin solutions showed that the L43P substitution reduced the viscosity of tropomyosin by more than 7 times compared to the viscosity of the control wild type tropomyosin preparation. It was found, using the method of co-precipitation of tropomyosin with F-actin, that the L43P substitution significantly reduced the affinity of tropomyosin for F-actin. The data obtained clearly indicate that the L43P substitution in both α-chains of the double helix of the tropomyosin molecule significantly changes both the structure of the molecule and the functional properties of cardiac tropomyosin.

作者简介

V. Nefedova

Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

S. Roman

Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

S. Kleymenov

Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences; Koltzov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia; Moscow, Russia

A. Matyushenko

Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

D. Levitsky

Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: Levitsky@inbi.ras.ru
Moscow, Russia

参考

  1. Perry S. V. Vertebrate tropomyosin: distribution, properties and function. J. Muscle Res. Cell Motil., 22, 5–49 (2001).
  2. Nevzorov I. A. and Levitsky D. I. Tropomyosin: double helix from the protein world. Biochemistry (Moscow), 76 (13), 1507–1527 (2011). doi: 10.1134/S0006297911130098
  3. Redwood C. and Robinson P. Alpha-tropomyosin mutations in inherited cardiomyopathies. J. Muscle Res. Cell Motil., 34, 285–294 (2013). doi: 10.1007/s10974-013-9358-5
  4. Moraczewska J. Thin filament dysfunctions caused by mutations in tropomyosin Tpm3.12 and Tpm1.1. J. Muscle Res. Cell Motil., 41, 39–53 (2020). doi: 10.1007/s10974-019-09532-y
  5. Matyushenko A. M. and Levitsky D. I. Molecular mechanisms of pathologies of skeletal and cardiac muscles caused by point mutations in the tropomyosin genes. Biochemistry (Moscow), 85 (Suppl. 1), S20–S33 (2020). doi: 10.1134/S0006297920140023
  6. Man Y., Yi C., Fan M., Yang T., Liu P., Liu S., and Wang G. Identification of a novel missense mutation in the TPM1 gene via exome sequencing in a Chinese family with dilated cardiomyopathy: a case report and literature review. Medicine, 101, e28551 (2022). doi: 10.1097/MD.0000000000028551
  7. Bing W., Knott A., Redwood C., Esposito G., Purcell I., Watkins H., and Marston S. Effect of hypertrophic cardiomyopathy mutations in human cardiac muscle α-tropomyosin (Asp175Asn and Glu180Gly) on the regulatory properties of human cardiac troponin determined by in vitro motility assay. J. Mol. Cell. Cardiol., 32 (8), 1489−1498 (2000). doi: 10.1006/jmcc.2000.1182
  8. Golitsina N., An Y., Greenfield N. J., Thierfelder L., Iizuka K., Seidman J. G., Seidman C. E., Lehrer S. S., and Hitchcock-DeGregori S. E. Effects of two familial hypertrophic cardiomyopathy-causing mutations on α-tropomyosin structure and function. Biochemistry, 36 (15), 4637−4642 (1997). doi: 10.1021/bi962970y
  9. Kremneva E., Boussouf S., Nikolaeva O., Maytum R., Geeves M. A., and Levitsky D. I. Effects of two familial hypertrophic cardiomyopathy mutations in α-tropomyosin, Asp175Asn and Glu180Gly, on the thermal unfolding of actin-bound tropomyosin. Biophys. J., 87, 3922−3933 (2004). doi: 10.1529/biophysj.104.048793
  10. Li X. E., Suphamungmee W., Janco M., Geeves M. A., Marston S. B., Fischer S., and Lehman W. The flexibility of two tropomyosin mutants, D175N and E180G, that cause hypertrophic cardiomyopathy. Biochem. Biophys. Res. Commun., 424, 493−496 (2012). doi: 10.1016/j.bbrc.2012.06.141
  11. Kopylova G. V., Shchepkin D. V., Nabiev S. R., Matyushenko A. M., Koubassova N. A., Levitsky D. I., and Bershitsky S. Y. Cardiomyopathy-associated mutations in tropomyosin differently affect actin-myosin interaction at single-molecule and ensemble levels. J. Muscle Res. Cell Motil., 40, 299–308 (2019). doi: 10.1007/s10974-019-09560-8
  12. Matyushenko A. M., Shchepkin D. V., Kopylova G. V., Popruga K. E., Artemova N. V., Pivovarova A. V., Bershitsky S. Y., and Levitsky D. I. Structural and functional effects of cardiomyopathy-causing mutations in troponin T-binding region of cardiac tropomyosin. Biochemistry, 56, 250–259 (2017). doi: 10.1021/acs.biochem.6b00994
  13. Matyushenko A. M., Koubassova N. A., Shchepkin D. V., Kopylova G. V., Nabiev S. R., Nikitina L. V., Bershitsky S. Y., Levitsky D. I., and Tsaturyan A. K. The effects of cardiomyopathy-associated mutations in the head-to-tail overlap junction of α-tropomyosin on its properties and interaction with actin. Int. J. Biol. Macromol., 12, 1266–1274 (2019). doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.09.105
  14. Mirza M., Robinson P., Kremneva E., Copeland O., Nikolaeva O., Watkins H., Levitsky D., Redwood C., ElMezgueldi M., and Marston S. The effect of mutations in α-tropomyosin (E40K and E54K) that cause familial dilated cardiomyopathy on the regulatory mechanism of cardiac muscle thin filaments. J. Biol. Chem., 282, 13487–13497 (2007). doi: 10.1074/jbc.M701071200
  15. Van de Meerakker J. B., Christiaans I., Barnett P., Lekanne Deprez R. H., Ilgun A., Mook O. R., Mannens M. M., Lam J., Wilde A. A., Moorman A. F., and Postma A. V. A novel alpha-tropomyosin mutation associates with dilated and non-compaction cardiomyopathy and diminishes actin binding. Biochim. Biophys. Acta, 1833, 833–839 (2013). doi: 10.1016/j.bbamcr.2012.11.003
  16. Colpan M., Ly T., Grover S., Tolkatchev D., and Kostyukova A. S. The cardiomyopathy-associated K15N mutation in tropomyosin alters actin filament pointed end dynamics. Arch. Biochem. Biophys., 630, 18–26 (2017). doi: 10.1016/j.abb.2017.07.006
  17. Lakdawala N. K., Dellefave L., Redwood C. S., Sparks E., Cirino A. L., Depalma S., Colan S. D., Funke B., Zimmerman R. S., Robinson P., Watkins H., Seidman C. E., Seidman J. G., McNally E. M., and Ho C. Y. Familial dilated cardiomyopathy caused by an alpha-tropomyosin mutation: the distinctive natural history of sarcomeric dilated cardiomyopathy. J. Am. Coll. Cardiol., 55 (4), 320–329 (2010). doi: 10.1016/j.jacc.2009.11.017
  18. Barrick S. K., Garg A., Greenberg L., Zhang S., Lin C.-Y., Stitziel N. O., and Greenberg M. J. Functional assays reveal the pathogenic mechanism of a de novo tropomyosin variant identified in patient with dilated cardiomyopathy. J. Mol. Cell. Cardiol., 176, 58–67 (2023). doi: 10.1016/j.yjmcc.2023.01.014
  19. Tsaturyan A. K., Zaklyazminskaya E. V., Polyak M. E., Kopylova G. V., Shchepkin D. V., Kochurova A. M., Gonchar A. D., Kleymenov S. Y., Koubasova N. A., Bershitsky S. Y., Matyushenko A. M., and Levitsky D. I. De novo Asp219Val mutation in cardiac tropomyosin associated with hypertrophic cardiomyopathy. Int. J. Mol. Sci., 24 (1), 18 (2023). doi: 10.3390/ijms24010018
  20. Matyushenko A. M., Nefedova V. V., Kochurova A. M., Kopylova G. V., Koubassova N. A., Shestak A. G., Yampolskaya D. S., Shchepkin D. V., Kleymenov S. Y., Ryabkova N. S., Katrukha I. A., Bershitsky S. Y., Zaklyazminskaya E. V., Tsaturyan A. K., and Levitsky D. I. Novel mutation Glu98Lys in cardiac tropomyosin alters its structure and impairs myocardial relaxation. Int. J. Mol. Sci., 24, 12359 (2023). doi: 10.3390/ijms241512359
  21. Monteiro P. B., Lataro R. C., Ferro J. A., and Reinach F. D. C. Functional α-tropomyosin produced in Escherichia coli. A dipeptide extension can substitute the amino-terminal acetyl group. J. Biol. Chem., 269, 10461–10466 (1994).
  22. Pardee J. D. and Spudich J. A. Purification of muscle actin. Methods Enzymol., 85 (Pt B), 164–179 (1982). doi: 10.1016/0076-687985020-9
  23. Matyushenko A. M., Artemova N. V., Sluchanko N. N., and Levitsky D. I. Effects of two stabilizing substitutions, D137L and G126R, in the middle part of α-tropomyosin on the domain structure of its molecule. Biophys. Chem., 196, 77–85 (2015). doi: 10.1016/j.bpc.2014.10.001
  24. Nefedova V. V., Koubassova N. A., Borzova V. A., Kleymenov S. Y., Tsaturyan, A. K., Matyushenko A. M., and Levitsky D. I. Tropomyosin pseudo-phosphorylation can rescue the effects of cardiomyopathy-associated mutations. Int. J. Biol. Macromol., 166, 424–434 (2021). doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.10.201
  25. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680–685 (1970).
  26. Nefedova V. V., Kopylova G. V., Shchepkin D. V., Kochurova A. M., Kechko O. I., Borzova V. A., Ryabkova N. S., Katrukha I. A., Mitkevich V. A., Bershitsky S. Y., Matyushenko A. M., and Levitsky D. I. Impact of troponin in cardiomyopathy development caused by mutations in tropomyosin. Int. J. Mol. Sci., 23, 15723 (2022). doi: 10.3390/ijms232415723

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».