Mô hình khả thi cho sự phức hợp của protein sốc nhiệt 70 với thụ thể của các sản phẩm cuối glycation tiên tiến thông qua các thử nghiệm tương phản huỳnh quang và phân tích chế độ bình thường

Cell Stress and Chaperones - Tập 22 - Trang 99-111 - 2016
Marcelo Sartori Grunwald1, Rodrigo Ligabue-Braun2, Cristiane Santos Souza1, Luana Heimfarth1, Hugo Verli2, Daniel Pens Gelain1, José Cláudio Fonseca Moreira1
1Department of Biochemistry, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
2Center of Biotechnology, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil

Tóm tắt

Protein sốc nhiệt ngoại bào 70 (HSP70) được nhận diện bởi các thụ thể trên màng plasma, như thụ thể Toll-like 4 (TLR4), TLR2, CD14, và CD40. Điều này dẫn đến việc kích hoạt yếu tố nhân-kappa B (NF-κB), giải phóng các cytokine pro-inflammatory, tăng cường hoạt động thực bào của các tế bào miễn dịch bẩm sinh và kích thích các phản ứng đặc hiệu với kháng nguyên. Tuy nhiên, các đặc điểm cụ thể của việc gắn kết HSP70 vẫn chưa được biết đến, và tất cả các thụ thể của HSP70 vẫn chưa được mô tả. Các mô hình khả thi cho sự phức hợp HSP70 với thụ thể cho các sản phẩm cuối glycation tiên tiến (RAGEs), xem xét cả trạng thái gắn ADP và ATP của HSP70, đã được thu thập thông qua mô phỏng docking phân tử và tính toán năng lượng tương tác. Tương tác này đã được phát hiện và hình dung bằng một thử nghiệm dựa trên huỳnh quang sự gần gũi trong các tế bào A549 và được phân tích thêm bằng các phân tích chế độ bình thường của các phức hợp docking. Năng lượng tương tác của các phức hợp cho thấy tình huống docking được ưa chuộng nhất xảy ra giữa HSP70 gắn ATP và RAGE trong trạng thái đơn phân của nó. Thử nghiệm tương phản huỳnh quang đã trình bày số lượng điểm phát hiện cao hơn trong điều trị HSP70 ATP, phù hợp với kết quả tính toán. Các phân tích chế độ bình thường cho thấy không có độ biến dạng hình dạng ở giao diện tương tác của các phức hợp. Kết quả được so sánh với các phát hiện trước đây, trong đó HSP70 bị oxi hóa được cho là có trách nhiệm cho sự điều chế khác nhau của kích hoạt đại thực bào, điều này có thể là kết quả từ một con đường tín hiệu được kích hoạt bởi sự gắn kết với RAGE. Dữ liệu của chúng tôi cung cấp những hiểu biết quan trọng về các đặc điểm của việc gắn HSP70 và các tương tác với thụ thể, cũng như các mô hình khả thi với các dư lượng bảo tồn trên khu vực giao diện, điều này có thể hữu ích cho các nghiên cứu đột biến chỉ định vị trí trong tương lai.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Arnold-Schild D, Hanau D, Spehner D, Schmid C, Rammensee HG, de la Salle H, Schild H (1999) Cutting edge: receptor-mediated endocytosis of heat shock proteins by professional antigen-presenting cells. J Immunol 162(7):3757–3760 Asea A (2003) Chaperokine-induced signal transduction pathways. Exerc Immunol Rev 9:25–33 Asea A, Kabingu E, Stevenson MA, Calderwood SK (2000a) HSP70 peptidem bearing and peptide-negative preparations act as chaperokines. Cell Stress Chaperones 5(5):425–431 Asea A, Kraeft SK, Kurt-Jones EA, Stevenson MA, Chen LB, Finberg RW, Koo GC, Calderwood SK (2000b) HSP70 stimulates cytokine production through a CD14-dependant pathway, demonstrating its dual role as a chaperone and cytokine. Nat Med 6:435–442. doi:10.1038/74697 Asea A, Rehli M, Kabingu E, Boch JA, Bare O, Auron PE, Stevenson MA, Calderwood SK (2002) Novel signal transduction pathway utilized by extracellular HSP70: role of toll-like receptor (TLR) 2 and TLR4. J Biol Chem 277(17):15028–15034. doi:10.1074/jbc.M200497200 Bahar I, Lezon TR, Bakan A, Shrivastava IH (2010) Normal mode analysis of biomolecular structures: functional mechanisms of membrane proteins. Chem Rev 110(3):1463–1497. doi:10.1021/cr900095e Bakan A, Meireles LM, Bahar I (2011) ProDy: protein dynamics inferred from theory and experiments. Bioinformatics 27(11):1575–1577. doi:10.1093/bioinformatics/btr168 Baker NA, Sept D, Joseph S, Holst MJ, McCammon JA (2001) Electrostatics of nanosystems: application to microtubules and the ribosome. Proc Natl Acad Sci U S A 98(18):10037–10041. doi:10.1073/pnas.181342398 Becker T (2002) CD40, an extracellular receptor for binding and uptake of Hsp70-peptide complexes. J Cell Biol 158(7):1277–1285. doi:10.1083/jcb.200208083 Bertelsen EB, Chang L, Gestwicki JE, Zuiderweg ER (2009) Solution conformation of wild-type E. coli Hsp70 (DnaK) chaperone complexed with ADP and substrate. Proc Natl Acad Sci U S A 106(21):8471–8476. doi:10.1073/pnas.0903503106 Biovia, D. S. (2015). Discovery studio modeling environment (version 4.5). San Diego Bucciarelli LG, Wendt T, Rong L, Lalla E, Hofmann MA, Goova MT, Taguchi A, Yan SF, Yan SD, Stern DM, Schmidt AM (2002) RAGE is a multiligand receptor of the immunoglobulin superfamily: implications for homeostasis and chronic disease. Cell Mol Life Sci 59(7):1117–1128 Chen YC (2015) Beware of docking! Trends Pharmacol Sci 36(2):78–95. doi:10.1016/j.tips.2014.12.001 Comeau SR, Gatchell DW, Vajda S, Camacho CJ (2004) ClusPro: a fully automated algorithm for protein-protein docking. Nucleic Acids Res 32(Web Server issue):W96–W99. doi:10.1093/nar/gkh354 Delneste Y, Magistrelli G, Gauchat J, Haeuw J, Aubry J, Nakamura K, Kawakami-Honda N, Goetsch L, Sawamura T, Bonnefoy J, Jeannin P (2002) Involvement of LOX-1 in dendritic cell-mediated antigen cross-presentation. Immunity 17(3):353–362 Dolinsky TJ, Nielsen JE, McCammon JA, Baker NA (2004) PDB2PQR: an automated pipeline for the setup of Poisson-Boltzmann electrostatics calculations. Nucleic Acids Res 32(Web Server issue):W665–W667. doi:10.1093/nar/gkh381 Frappier V, Najmanovich RJ (2014) A coarse-grained elastic network atom contact model and its use in the simulation of protein dynamics and the prediction of the effect of mutations. PLoS Comput Biol 10(4):e1003569. doi:10.1371/journal.pcbi.1003569 Frappier V, Chartier M, Najmanovich RJ (2015) ENCoM server: exploring protein conformational space and the effect of mutations on protein function and stability. Nucleic Acids Res 43(W1):W395–W400. doi:10.1093/nar/gkv343 Fritz G (2011) RAGE: a single receptor fits multiple ligands. Trends Biochem Sci 36(12):625–632. doi:10.1016/j.tibs.2011.08.008 Fujiya A, Nagasaki H, Seino Y, Okawa T, Kato J, Fukami A, Himeno T, Uenishi E, Tsunekawa S, Kamiya H, Nakamura J, Oiso Y, Hamada Y (2014) The role of S100B in the interaction between adipocytes and macrophages. Obesity (Silver Spring) 22(2):371–379. doi:10.1002/oby.20532 Galloway E, Shin T, Huber N, Eismann T, Kuboki S, Schuster R, Blanchard J, Wong HR, Lentsch AB (2008) Activation of hepatocytes by extracellular heat shock protein 72. Am J Physiol Cell Physiol 295(2):C514–C520. doi:10.1152/ajpcell.00032.2008 Gelain DP, de Bittencourt Pasquali MA, Comin MC, Grunwald MS, Ritter C, Tomasi CD, Alves SC, Quevedo J, Dal-Pizzol F, Moreira JC (2011) Serum heat shock protein 70 levels, oxidant status, and mortality in sepsis. Shock 35(5):466–470. doi:10.1097/SHK.0b013e31820fe704 Gross C, Schmidt-Wolf IG, Nagaraj S, Gastpar R, Ellwart J, Kunz-Schughart LA, Multhoff G (2003) Heat shock protein 70-reactivity is associated with increased cell surface density of CD94/CD56 on primary natural killer cells. Cell Stress Chaperones 8(4):348–360 Grunwald MS, Pires AS, Zanotto-Filho A, Gasparotto J, Gelain DP, Demartini DR, Schöler CM, de Bittencourt PI Jr, Moreira JC (2014) The oxidation of HSP70 is associated with functional impairment and lack of stimulatory capacity. Cell Stress Chaperones 19(6):913–925. doi:10.1007/s12192-014-0516-5 Kindas-Mugge I, Hammerle AH, Frohlich I, Oismuller C, Micksche M, Trautinger F (1993) Granulocytes of critically ill patients spontaneously express the 72 kD heat shock protein. Circ Shock 39(4):247–252 Kityk R, Kopp J, Sinning I, Mayer MP (2012) Structure and dynamics of the ATP-bound open conformation of Hsp70 chaperones. Mol Cell 48(6):863–874. doi:10.1016/j.molcel.2012.09.023 Koch M, Chitayat S, Dattilo BM, Schiefner A, Diez J, Chazin WJ, Fritz G (2010) Structural basis for ligand recognition and activation of RAGE. Structure 18(10):1342–1352. doi:10.1016/j.str.2010.05.017 Kozakov D, Brenke R, Comeau SR, Vajda S (2006) PIPER: an FFT-based protein docking program with pairwise potentials. Proteins 65(2):392–406. doi:10.1002/prot.21117 Lopez-Blanco JR, Aliaga JI, Quintana-Orti ES, Chacon P (2014) iMODS: internal coordinates normal mode analysis server. Nucleic Acids Res 42(Web Server issue):W271–W276. doi:10.1093/nar/gku339 Ma W, Rai V, Hudson BI, Song F, Schmidt AM, Barile GR (2012) RAGE binds C1q and enhances C1q-mediated phagocytosis. Cell Immunol 274(1–2):72–82. doi:10.1016/j.cellimm.2012.02.001 Macindoe G, Mavridis L, Venkatraman V, Devignes MD, Ritchie DW (2010) HexServer: an FFT-based protein docking server powered by graphics processors. Nucleic Acids Res 38(Web Server issue):W445–W449. doi:10.1093/nar/gkq311 Mahajan S, Sanejouand YH (2015) On the relationship between low-frequency normal modes and the large-scale conformational changes of proteins. Arch Biochem Biophys 567:59–65. doi:10.1016/j.abb.2014.12.020 Musiani F, Ciurli S (2015) Evolution of macromolecular docking techniques: the case study of nickel and iron metabolism in pathogenic bacteria. Molecules 20(8):14265–14292. doi:10.3390/molecules200814265 Nakano N, Fukuhara-Takaki K, Jono T, Nakajou K, Eto N, Horiuchi S, Takeya M, Nagai R (2006) Association of advanced glycation end products with A549 cells, a human pulmonary epithelial cell line, is mediated by a receptor distinct from the scavenger receptor family and RAGE. J Biochem 139(5):821–829. doi:10.1093/jb/mvj092 Park H, Lee H, Seok C (2015) High-resolution protein-protein docking by global optimization: recent advances and future challenges. Curr Opin Struct Biol 35:24–31. doi:10.1016/j.sbi.2015.08.001 Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Couch GS, Greenblatt DM, Meng EC, Ferrin TE (2004) UCSF chimera—a visualization system for exploratory research and analysis. J Comput Chem 25(13):1605–1612. doi:10.1002/jcc.20084 Ritossa F (1962) A new puffing pattern induced by temperature shock and DNP in drosophila. Experientia 18(12):571–573. doi:10.1007/BF02172188 Ruan BH, Li X, Winkler AR, Cunningham KM, Kuai J, Greco RM, Nocka KH, Fitz LJ, Wright JF, Pittman DD, Tan XY, Paulsen JE, Lin LL, Winkler DG (2010) Complement C3a, CpG oligos, and DNA/C3a complex stimulate IFN-alpha pzcation end product-dependent manner. J Immunol 185(7):4213–4222. doi:10.4049/jimmunol.1000863 Schmidt AM, Hofmann M, Taguchi A, Yan SD, Stern DM (2000) RAGE: a multiligand receptor contributing to the cellular response in diabetic vasculopathy and inflammation. Semin Thromb Hemost 26(5):485–493. doi:10.1055/s-2000-13204 Schneidman-Duhovny D, Inbar Y, Nussinov R, Wolfson HJ (2005) PatchDock and SymmDock: servers for rigid and symmetric docking. Nucleic Acids Res 33(Web Server issue):W363–W367. doi:10.1093/nar/gki481 Schymkowitz J, Borg J, Stricher F, Nys R, Rousseau F, Serrano L (2005) The FoldX web server: an online force field. Nucleic Acids Res 33(Web Server issue):W382–W388. doi:10.1093/nar/gki387 Sousa R (2012) A dancer caught midstep: the structure of ATP-bound Hsp70. Mol Cell 48(6):821–823. doi:10.1016/j.molcel.2012.12.008 Suhre K, Sanejouand YH (2004) ElNemo: a normal mode web server for protein movement analysis and the generation of templates for molecular replacement. Nucleic Acids Res 32(Web Server issue):W610–W614. doi:10.1093/nar/gkh368 Tang D, Loze MT, Zeh HJ, Kang R (2010) The redox protein HMGB1 regulates cell death and survival in cancer treatment. Autophagy 6(8):1181–1183. doi:10.4161/auto.6.8.13367 Tovchigrechko A, Vakser IA (2006) GRAMM-X public web server for protein-protein docking. Nucleic Acids Res 34(Web Server issue):W310–W314. doi:10.1093/nar/gkl206 Trautinger F, Kindas-Mugge I, Knobler RM, Honigsmann H (1996a) Stress proteins in the cellular response to ultraviolet radiation. J Photochem Photobiol B 35(3):141–148 Trautinger F, Knobler RM, Honigsmann H, Mayr W, Kindas-Mugge I (1996b) Increased expression of the 72-kDa heat shock protein and reduced sunburn cell formation in human skin after local hyperthermia. J Invest Dermatol 107(3):442–443 van Eden W (2015) Diet and the anti-inflammatory effect of heat shock proteins. Endocr Metab Immune Disord Drug Targets 15(1):31–36 Varecha M, Potesilova M, Matula P, Kozubek M (2012) Endonuclease G interacts with histone H2B and DNA topoisomerase II alpha during apoptosis. Mol Cell Biochem 363(1–2):301–307. doi:10.1007/s11010-011-1182-x Vega VL, Rodriguez-Silva M, Frey T, Gehrmann M, Diaz JC, Steinem C, Multhoff G, Arispe N, De Maio A (2008) Hsp70 translocates into the plasma membrane after stress and is released into the extracellular environment in a membrane-associated form that activates macrophages. J Immunol 180(6):4299–4307 Yatime L, Andersen GR (2013) Structural insights into the oligomerization mode of the human receptor for advanced glycation end-products. FEBS J 280(24):6556–6568. doi:10.1111/febs.12556