Гибридные белки, содержащие протеородопсин Exiguobacterium sibiricum

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Сконструированы гены гибридных белков, включающих протеородопсин Exiguobacterium sibiricum (ESR) и различные N-концевые растворимые домены. Эффективный синтез в клетках Escherichia coli наблюдался только в случае гибридов с шапероном Caf1M и мальтозосвязывающим белком MBP, экспрессируемых в виде предшественников с собственными сигнальными последовательностями. Изучение выделенного белка MBP-ESR в составе мицелл и протеолипосом продемонстрировало формирование и распад основных интермедиатов фотоцикла при рН > 8. Фотоэлектрический ответ гибридных белков Caf-ESR и MBP-ESR сопоставим по амплитуде с ответом ESR дикого типа, что указывает на их гомогенную ориентацию в мембране протеолипосом. Полученные конструкции могут быть использованы для создания систем бактериальной экспрессии различных ретинальных белков, обеспечивающих их единообразное встраивание в протеолипосомы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Е. Петровская

ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН; Московский физико-технический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: lpetr65@yahoo.com
Россия, 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; 141701 Долгопрудный, Институтский пер., 9

Е. А. Крюкова

ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Email: lpetr65@yahoo.com
Россия, 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; 119334 Москва, ул. Косыгина, 4

В. А. Большаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва, Ленинские горы, 1/11

Е. П. Лукашев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва, Ленинские горы, 1/11

С. А. Силецкий

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского

Россия, 119992 Москва, Ленинские горы, 1/40

М. Д. Мамедов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского

Россия, 119992 Москва, Ленинские горы, 1/40

Р. В. Судаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского

Россия, 119992 Москва, Ленинские горы, 1/40

Д. А. Долгих

ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет

Россия, 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; 119334 Москва, ул. Косыгина, 4; 119991 Москва, Ленинские горы, 1/11

М. П. Кирпичников

ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lpetr65@yahoo.com

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет

Россия, 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10; 119991 Москва, Ленинские горы, 1/11

Список литературы

  1. Govorunova E.G., Sineshchekov O.A., Li H., Spudich J.L. // Annu. Rev. Biochem. 2017. V. 86. P. 845–872. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-101910144233
  2. Gushchin I., Gordeliy V. // In: Membrane Protein Complexes: Structure and Function. Subcellular Biochemistry. V. 87 / Eds. Harris J., Boekema E. Singapore: Springer Singapore, 2018. P. 19–56. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7757-9_2
  3. Kandori H. // Biophys. Rev. 2020. V. 12. P. 355–361. https://doi.org/10.1007/s12551-020-00645-0
  4. Brown L.S. // Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2022. V. 1864. P. 183867. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2022.183867
  5. Lanyi J.K. // Biochim. Biophys. Acta. 2006. V. 1757. P. 1012–1018. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2005.11.003
  6. Oesterhelt D., Stoeckenius W. // Nature. 1971. V. 233. P. 149–152. https://doi.org/10.1038/newbio233149a0
  7. Lanyi J.K., Luecke H. // Curr. Opin. Str. Biol. 2001. V. 11. P. 415–419. https://doi.org/10.1016/S0959-440X(00)00226-8
  8. Ovchinnikov Y.A., Abdulaev N.G., Feigina M.Y., Kiselev A.V., Lobanov N.A. // FEBS Lett. 1979. V. 100. P. 219–224. https://doi.org/10.1016/0014-5793(79)80338-5
  9. Ovchinnikov Y.A. // Photochem. Photobiol. 1987. V. 45. P. 909–914. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1987.tb07902.x
  10. Oesterhelt D., Stoeckenius W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1973. V. 70. P. 2853–2857. https://doi.org/10.1073/pnas.70.10.2853
  11. Gómez-Consarnau L., Raven J.A., Levine N.M., Cutter L.S., Wang D., Seegers B., Arístegui J., Fuhrman J.A., Gasol J.M., Sañudo-Wilhelmy S.A. // Sci. Adv. 2019. V. 5. P. eaaw8855. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw8855
  12. DeLong E.F., Beja O. // PLoS Biol. 2010. V. 8. e1000359. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000359
  13. Lyukmanova E., Shenkarev Z., Khabibullina N., Kopeina G., Shulepko M., Paramonov A., Mineev K., Tikhonov R., Shingarova L., Petrovskaya L., Dolgikh D., Arseniev A., Kirpichnikov M. // Biochim. Biophys. Acta. 2012. V. 1818. P. 349– 358. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2011.10.020
  14. Amati A.M., Graf S., Deutschmann S., Dolder N., von Ballmoos C. // Biochem. Soc. Trans. 2020. V. 48. P. 1473–1492. https://doi.org/10.1042/bst20190966
  15. Racker E., Stoeckenius W. // J. Biol. Chem. 1974. V. 249. P. 662–663. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)43080-9
  16. Deisinger B., Nawroth T., Zwicker K., Matuschka S., John G., Zimmer G., Freisleben H.-J. // Eur. J. Biochem. 1993. V. 218. P. 377–383. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb18387.x
  17. Pitard B., Richard P., Duñarach M., Girault G., Rigaiud J.-L. // Eur. J. Biochem. 1996. V. 235. P. 769–778. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1996.00769.x
  18. Lee K.Y., Park S.-J., Lee K.A., Kim S.-H., Kim H., Meroz Y., Mahadevan L., Jung K.-H., Ahn T.K., Parker K.K. // Nat. Biotechnol. 2018. V. 36. P. 530–535. https://doi.org/10.1038/nbt.4140
  19. Choi H.-J., Montemagno C.D. // Nano Lett. 2005. V. 5. P. 2538–2542. https://doi.org/10.1021/nl051896e
  20. Rigaud J.-L., Pitard B., Levy D. // Biochim. Biophys. Acta. 1995. V. 1231. P. 223–246. https://doi.org/10.1016/0005-2728(95)00091-v
  21. Shen H. H., Lithgow T., Martin L. // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 1589–1607. https://doi.org/10.3390/ijms14011589
  22. Bogdanov M., Dowhan W., Vitrac H. // Biochim. Biophys. Acta. 2014. V. 1843. P. 1475–1488. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2013.12.007
  23. Cymer F., Von Heijne G., White S.H. // J. Mol. Biol. 2015. V. 427. P. 999–1022. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2014.09.014
  24. Huang K.-S., Bayley H., Khorana H.G. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1980. V. 77. P. 323–327. https://doi.org/10.1073/pnas.77.1.323
  25. Dioumaev A.K., Wang J.M., Bálint Z., Váró G., Lanyi J.K. // Biochemistry. 2003. V. 42. P. 6582– 6587. https://doi.org/10.1021/bi034253r
  26. Seigneuret M., Rigaud J.-L. // FEBS Lett. 1985. V. 188. P. 101–106. https://doi.org/10.1016/0014-5793(85)80883-8
  27. Seigneuret M., Rigaud J.-L. // FEBS Lett. 1988. V. 228. P. 79–84. https://doi.org/10.1016/0014-5793(88)80589-1
  28. Tunuguntla R., Bangar M., Kim K., Stroeve P., Ajo-Franklin C.M., Noy A. // Biophys. J. 2013. V. 105. P. 1388–1396. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2013.07.043
  29. Pfleger N., Wörner A.C., Yang J., Shastri S., Hellmich U.A., Aslimovska L., Maier M.S., Glaubitz C. // Biochim. Biophys. Acta. 2009. V. 1787. P. 697–705. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2009.02.022
  30. Lee H., Kim H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014. V. 453. P. 268–276. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.05.111
  31. Ritzmann N., Thoma J., Hirschi S., Kalbermatter D., Fotiadis D., Muller D.J. // Biophys. J. 2017. V. 113. P. 1181–1186. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2017.06.022
  32. Petrovskaya L.E., Lukashev E.P., Chupin V.V., Sychev S.V., Lyukmanova E.N., Kryukova E.A., Ziganshin R.H., Spirina E.V., Rivkina E.M., Khatypov R.A., Erokhina L.G., Gilichinsky D.A., Shuvalov V.A., Kirpichnikov M.P. // FEBS Lett. 2010. V. 584. P. 4193–4196. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.09.005
  33. Петровская Л.Е., Балашов С.П., Лукашев Е.П., Имашева Э.С., Гущин И.Ю., Дюмаев А.К., Рубин А.Б., Долгих Д.А., Горделий В.И., Лани Я.К., Кирпичников М.П. // Биохимия. 2015. Т. 80. С. 814–828. [Petrovskaya L., Balashov S., Lukashev E., Imasheva E., Gushchin I.Y., Dioumaev A., Rubin A., Dolgikh D., Gordeliy V., Lanyi J., Kirpichnikov M. // Biochemistry (Moscow). 2015. V. 80. P. 688–700]. https://doi.org/10.1134/S000629791506005X
  34. Петровская Л.Е., Силецкий С.А., Лукашев Е.П., Балашов С.П., Долгих Д.А., Кирпичников М.П. // Биохимия. 2023. Т. 88. С. 1867–1879. [Petrovskaya L.E., Siletsky S.A., Mamedov M.D., Lukashev E.P., Balashov S.P., Dolgikh D.A., Kirpichnikov M.P. // Biochemistry (Moscow). 2023. V. 88. P. 1544–1554]. https://doi.org/10.1134/s0006297923100103
  35. Balashov S.P., Petrovskaya L.E., Imasheva E.S., Lukashev E.P., Dioumaev A.K., Wang J.M., Sychev S.V., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Lanyi J.K. // J. Biol. Chem. 2013. V. 288. P. 21254–21265. https://doi.org/10.1074/jbc.M113.465138
  36. Siletsky S.A., Mamedov M.D., Lukashev E.P., Balashov S.P., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Petrovskaya L.E. // Biochim. Biophys. Acta Bioenerg. 2019. V. 1860. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2018.09.365
  37. Petrovskaya L.E., Lukashev E.P., Mamedov M.D., Kryukova E.A., Balashov S.P., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Siletsky S.A. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 7369. https://doi.org/10.3390/ijms24087369
  38. Петровская Л.Е., Шульга А.А., Бочарова О.В., Ермолюк Я.С., Крюкова Е.А., Чупин В.В., Бломмерс М.Ж.Ж., Арсеньев А.С., Кирпичников М.П. // Биохимия. 2010. Т. 75. C. 1001–1013. [Petrovskaya L., Shulga A., Bocharova O., Ermolyuk Y.S., Kryukova E., Chupin V., Blommers M., Arseniev A., Kirpichnikov M. // Biochemistry (Moscow). 2010. V. 75. P. 881–891]. https://doi.org/10.1134/S0006297910070102
  39. Ishihara G., Goto M., Saeki M., Ito K., Hori T., Kigawa T., Shirouzu M., Yokoyama S. // Prot. Expr. Purif. 2005. V. 41. P. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.pep.2005.01.013
  40. Chen G.Q., Gouaux J.E. // Prot. Sci. 1996. V. 5. P. 456–467. https://doi.org/10.1002/pro.5560050307
  41. Lyukmanova E., Shenkarev Z., Khabibullina N., Kulbatskiy D., Shulepko M., Petrovskaya L., Arseniev A., Dolgikh D., Kirpichnikov M. // Aсt. Nat. 2012. V. 4. P. 58–64. https://doi.org/10.32607/20758251-2012-4-4-58-64
  42. Raran-Kurussi S., Waugh D.S. // PLoS One. 2012. V. 7. e49589. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0049589
  43. Kapust R.B., Waugh D.S. // Prot. Sci. 1999. V. 8. P. 1668–1674. https://doi.org/10.1110/ps.8.8.1668
  44. Yeliseev A., Zoubak L., Gawrisch K. // Prot. Expr. Purif. 2007. V. 53. P. 153–163. https://doi.org/10.1016/j.pep.2006.12.003
  45. Weiß H.M., Grisshammer R. // Eur. J. Biochem. 2002. V. 269. P. 82–92. https://doi.org/10.1046/j.0014-2956.2002.02618.x
  46. Hu J., Qin H., Gao F.P., Cross T.A. // Prot. Expr. Purif. 2011. V. 80. P. 34–40. https://doi.org/10.1016/j.pep.2011.06.001
  47. Gubellini F., Verdon G., Karpowich N.K., Luff J.D., Boel G., Gauthier N., Handelman S.K., Ades S.E., Hunt J.F. // Mol. Cell. Proteom. 2011. V. 10. P. 930. https://doi.org/10.1074/mcp.M111.007930
  48. Xu L.Y., Link A.J. // Biotechnol. Lett. 2009. V. 31. P. 1775–1782. https://doi.org/10.1007/s10529-009-0075-5
  49. Petrovskaya L.E., Ziganshin R.H., Kryukova E.A., Zlobinov A.V., Gapizov S.S., Shingarova L.N., Mironov V.A., Lomakina G.Y., Dolgikh D.A., Kirpichnikov M.P. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2021. V. 193. P. 3672–3703. https://doi.org/10.1007/s12010-021-03634-5
  50. Balashov S.P., Petrovskaya L.E., Lukashev E.P., Imasheva E.S., Dioumaev A.K., Wang J.M., Sychev S.V., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Lanyi J.K. // Biochemistry. 2012. V. 51. P. 5748–5762. https://doi.org/10.1021/bi300409m
  51. Siletsky S.A., Mamedov M.D., Lukashev E.P., Balashov S.P., Petrovskaya L.E. // Biophys. Rev. 2022. V. 14. P. 771–778. https://doi.org/10.1007/s12551-022-00986-y
  52. Drachev L.A., Jasaitis A.A., Kaulen A.D., Kondrashin A.A., Liberman E.A., Nemecek I.B., Ostroumov S.A., Semenov A.Y., Skulachev V.P. // Nature. 1974. V. 249. P. 321–324. https://doi.org/10.1038/249321a0
  53. Siletsky S.A., Mamedov M.D., Lukashev E.P., Balashov S.P., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Petrovskaya L.E. // Biochim. Biophys. Acta. 2016. V. 1857. P. 1741–1750. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2016.08.004
  54. Petrovskaya L., Gapizov S. S., Shingarova L., Kryukova E., Boldyreva E., Yakimov S., Svirschevskaya E., Lukashev E., Dolgikh D., Kirpichnikov M. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2014. V. 40. P. 375–382. https://doi.org/10.1134/S1068162014030121
  55. Siletsky S.A., Lukashev E.P., Mamedov M.D., Borisov V.B., Balashov S.P., Dolgikh D.A., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P., Petrovskaya L.E. // Biochim. Biophys. Acta Bioenerg. 2021. V. 1862. P. 148328. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2020.148328

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы строения гибридных белков. SP – сигнальная последовательность. Темно-серым цветом обозначен глицин-сериновый линкер, черным – гексагистидиновая последовательность.

Скачать (113KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия гибридных белков, содержащих ESR, в клетках E. coli. Белковый электрофорез в 13%-ном SDS-ПААГ (а) и вестерн-блот-анализ (б) с анти-His-конъюгатом образцов мембранной фракции клеток E. coli С43(DE3), экспрессирующих гибридные белки (дорожки 1–7) и ESR дикого типа (дорожка 8). Номера дорожек 1–7 соответствуют нумерации конструкций на рис. 1. М – маркеры молекулярного веса белков (кДа).

Скачать (63KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фотоцикл MBP-ESR в мицеллах DDM при рН 7 (а) и рН 9 (б).

Скачать (102KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетика образования трансмембранной разницы потенциалов (ΔΨ) протеолипосомами, содержащими ESR дикого типа и гибридные белки, при рН 7.5. Стрелкой отмечен момент лазерной вспышки. Данные для ESR, Caf-ESR, ESR-Cherry и ESR-Trx взяты из статьи Petrovskaya et al. [37].

Скачать (90KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кинетика светоиндуцированных изменений поглощения при характерных длинах волн протеолипосомами, содержащими MBP-ESR, при рН 7.5 (а) и 8.5 (б).

Скачать (91KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах