Copper ions’ influence on thiocyonate dehydrogenase packing and conformation in a crystal

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The copper-containing enzyme thiocyanate dehydrogenase (TcDH) catalyzes oxidation of thiocyanate to cyanate and elemental sulfur. To date, the spatial structures of two bacterial TcDHs (tpTcDH and pmTcDH) are known. Both enzymes are dimers and contain a trinuclear copper center in the active site. The important difference between these enzymes is that in a crystal, the subunits of the tpTcDH dimer are in identical conformations, while the subunits of the pmTcDH dimer are in different conformations: closed and open. To clarify the role of copper ions in changing the TcDH conformation, the structure of the apo-form of pmTcDH was established, in which both subunits of the dimer had the closed conformation. Soaking of apo-form crystals with copper led to the restoring of the trinuclear center and the conformational rearrangements of the subunits.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. А. Varfolomeeva

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

A. Y. Solovieva

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

N. S. Shipkov

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

N. I. Dergousova

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

М. E. Minyaev

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

K. M. Boyko

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

T. V. Tikhonova

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

V. O. Popov

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: l.varfolomeeva@fbras.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Sorokin D.Y., Tourova T.P., Lysenko A.M. et al. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2002. V. 52. Pt 2. P. 657. http://dx.doi.org/10.1099/00207713-52-2-657
  2. Slobodkina G.B., Merkel A.Y., Novikov A.A. et al. // Extremophiles. 2020. V. 24. № 1. P. 177. http://dx.doi.org/10.1007/s00792-019-01145-0
  3. Tikhonova T.V., Sorokin D.Y., Hagen W.R. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020. V. 117. № 10. P. 5280. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1922133117
  4. Varfolomeeva L.A., Shipkov N.S., Dergousova N.I. et al. // Int. J. Biol. Macromol. 2024. P. 135058. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135058
  5. Varfolomeeva L.A., Solovieva A.Y., Shipkov N.S. et al. // Crystals. 2022. V. 12. P. 1787. http://dx.doi.org/10.3390/cryst12121787
  6. Varfolomeeva L.A., Polyakov K.M., Komolov A.S. et al. // Crystallography Reports. 2023. V. 68. № 6. P. 886. http://dx.doi.org/10.1134/s1063774523600990
  7. McPherson A. // Methods Mol. Biol. 2017. V. 1607. P. 17. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4939-7000-1_2
  8. Atakisi H., Moreau D.W., Thorne R.E. // Acta Cryst. D. 2018. V. 74. № 4. P. 264. http://dx.doi.org/10.1107/S2059798318000207
  9. Kishan K.V., Zeelen J.P., Noble M.E. et al. // Protein Sci. 1994. V. 3. № 5. P. 779. http://dx.doi.org/10.1002/pro.5560030507
  10. Kovari Z., Vas M. // Proteins. 2004. V. 55. № 1. P. 198. http://dx.doi.org/10.1002/prot.10469
  11. Hakansson K., Doherty A.J., Shuman S., Wigley D.B. // Cell. 1997. V. 89. № 4. P. 545. http://dx.doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80236-6
  12. Lamzin V.S., Dauter Z., Popov V.O. et al. // J. Mol. Biol. 1994. V. 236. № 3. P. 759. http://dx.doi.org/10.1006/jmbi.1994.1188
  13. Kabsch W. // Acta Cryst. D. 2010. V. 66. № 2. P. 125. http://dx.doi.org/10.1107/S0907444909047337
  14. Agirre J., Atanasova M., Bagdonas H. et al. // Acta Cryst. D. 2023. V. 79. № 6. P. 449. http://dx.doi.org/10.1107/S2059798323003595
  15. Vagin A., Teplyakov A. // Acta Cryst. D. 2010. V. 66. № 1. P. 22. http://dx.doi.org/10.1107/S0907444909042589
  16. Murshudov G.N., Skubak P., Lebedev A.A. et al. // Acta Cryst. D. 2011. V. 67. № 4. P. 355. http://dx.doi.org/10.1107/S0907444911001314
  17. Emsley P., Lohkamp B., Scott W.G., Cowtan K. // Acta Cryst. D. 2010. V. 66. № 4. P. 486. http://dx.doi.org/10.1107/S0907444910007493
  18. Krissinel E., Henrick K. // J. Mol. Biol. 2007. V. 372. № 3. P. 774. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmb.2007.05.022
  19. Kabsch W. // Acta Cryst. A. 1976. V. 32. № 5. P. 922. http://dx.doi.org/10.1107/S0567739476001873
  20. Appel M.J., Meier K.K., Lafrance-Vanasse J. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2019. V. 116. № 12. P. 5370. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1818274116
  21. Osipov E.M., Polyakov K.M., Tikhonova T.V. et al. // Acta Cryst. F. 2015. V. 71. № 12. P. 1465. http://dx.doi.org/10.1107/S2053230X1502052X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Three subunits A, B, C from the independent part of the unit cell (secondary structure is shown) and the symmetrical subunit C (secondary structure is not shown) of the apo form of pmTcDH (PDB ID: 8Z75) (a). The position of the P256 residue in the closed conformation of the subunit of the apo form of pmTcDH (PDB ID: 8Z75) (b) and the open conformation of the holo form of pmTcDH (PDB ID: 8Q9X) (c). The arrow shows the direction of movement of the P256 residue during the opening of the substrate channel. The surface is shown for the amino acid residues forming the walls of the substrate channel. Copper ions of the active site are shown as spheres.

Download (504KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Active center of the apo form of pmTcDH (PDB ID: 8Z75) (a) before infusion of crystals with copper ions. The maximum in the difference electron density map at the 3σ level is described by the copper ion Cu2 with an occupancy of 0.2, the corresponding coordination distances are given in Å (b). Superposition of the structures of the apo form (PDB ID: 8Z75) and holo form (PDB ID: 8Q9X) showed (c) that in the absence of the Cu1 ion, the H346 residue changes its position and forms hydrogen bonds with the E259 residue and a water molecule. Reduction of the trinuclear copper center of pmTcDHCu2+ after infusion of crystals with copper (2+) ions (PDB ID: 8Z76): maxima in the difference electron density map at the 3σ level are shown at the positions of the Cu1, Cu2, Cu3 ions (d). Copper ions and water molecules are large and small spheres, respectively; coordination and hydrogen bonds are thick and thin dotted lines, respectively.

Download (529KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Two positions of the P256 residue on the electron density map (2Fo – Fc), corresponding to the closed and open conformations, in the active site of the C subunit of the pmTcDHCu2+ structure after infusion of crystals with copper ions (2+) (PDB ID: 8Z76) (a). Conformations of the subunits of the pmTcDH dimer after infusion of crystals with copper ions: two closed subunits A and B in the pmTcDHCu2+ structure (PDB ID: 8Z76) (b), open A (top) and closed B (bottom) subunits in the pmTcDHCu+ structure (PDB ID: 8Z77) (c), two open C subunits and a symmetrical C in the pmTcDHCu+ structure (PDB ID: 8Z77) (d). Panels b–d show insets depicting the residues that form the substrate channel.

Download (754KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».