Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đo lường nhanh khoảng cách xa trong protein bằng NMR REDOR 13C–19F đa chiều dưới quay nhanh theo góc ma thuật
Tóm tắt
Khả năng đo đồng thời nhiều khoảng cách xa là rất quan trọng để xác định cấu trúc protein một cách hiệu quả và chính xác thông qua NMR trạng thái rắn (SSNMR). Đến nay, các ràng buộc khoảng cách phổ biến nhất cho protein là khoảng cách 13C–15N, thường được đo bằng kỹ thuật cộng hưởng đôi roto (REDOR). Tuy nhiên, các phép đo này bị hạn chế ở khoảng cách lên đến ~ 5 Å do tỷ lệ từ trường thấp của 15N và 13C. Ở đây, chúng tôi trình bày một thí nghiệm REDOR 2D 13C–19F mạnh mẽ để đo nhiều khoảng cách tới ~ 10 Å. Kỹ thuật này nhắm tới các protein chứa một số lượng nhỏ fluorine được tái tổ hợp hoặc tổng hợp. Chuỗi REDOR 13C–19F được kết hợp với tương quan 2D 13C–13C để giải quyết nhiều khoảng cách trong các protein gán nhãn 13C cao. Chúng tôi chỉ ra rằng, tại các trường từ cao quan trọng để thu được quang phổ 13C được phân giải tốt, tác động bất lợi của độ tựa hóa hóa học lớn của 19F đối với REDOR được giảm nhẹ nhờ quay nhanh theo góc ma thuật và được xem xét thêm trong các mô phỏng số. Chúng tôi chứng minh kỹ thuật REDOR 2D 13C–19F đã được giải quyết 13C–13C này trên GB1 gán nhãn 13C, 15N. Mẫu GB1 gán nhãn 5-19F-Trp cho thấy việc trích xuất khoảng cách đến một nguyên tử fluorine đơn lẻ, trong khi mẫu GB1 gán nhãn 3-19F-Tyr cho phép chúng tôi đánh giá các ảnh hưởng của kết đôi nhiều spin và gán nhãn 19F ngẫu nhiên lên việc đo khoảng cách. Cuối cùng, chúng tôi áp dụng thí nghiệm REDOR 2D này cho peptide xuyên màng M2 của virus cúm B gắn vào màng, và cho thấy khoảng cách giữa dư lượng histidine chọn lọc proton và dư lượng tryptophan cửa khác với khoảng cách trong cấu trúc NMR dung dịch của BM2 gắn với chất tẩy rửa. Kỹ thuật REDOR 13C–19F 2D này nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định cấu trúc protein dựa trên SSNMR bằng cách tăng khoảng cách có thể đo lên khoảng ~ 10 Å.
Từ khóa
#NMR trạng thái rắn #REDOR #cấu trúc protein #khoảng cách 13C–19F #spin ma thuậtTài liệu tham khảo
Bak M, Nielsen NC (1997) REPULSION, a novel approach to efficient powder averaging in solid-state NMR. J Magn Reson 125:132–139
Bak M, Rasmussen JT, Nielsen NC (2000) SIMPSON: a general simulation program for solid-state NMR spectroscopy. J Magn Reson 147:296–330
Bennett AE, Rienstra CM, Auger M, Lakshmi KV, Griffin RG (1995) Heteronuclear decoupling in rotating solids. J Chem Phys 103:6951–6958
Bennett AE, Rienstra CM, Griffiths JM, Zhen WG, Lansbury PT, Griffin RG (1998) Homonuclear radio frequency-driven recoupling in rotating solids. J Chem Phys 108:9463–9479
Cady SD, Wang T, Hong M (2011) Membrane-dependent effects of a cytoplasmic helix on the structure and drug binding of the influenza virus M2 protein. J Am Chem Soc 133:11572–11579
Cegelski L (2013) REDOR NMR for drug discovery. Bioorg Med Chem Lett 23:5767–5775
Dürr HN, Grage SL, Witter R, Ulrich AS (2008) Solid state 19F NMR parameters of fluorine-labeled amino acids. Part I: aromatic substituents. J Magn Reson 191:7–15
Franks WT et al (2005) Magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy of the beta 1 immunoglobulin binding domain of protein G (GB1): N-15 and C-13 chemical shift assignments and conformational analysis. J Am Chem Soc 127:12291–12305
Ghosh M, Rienstra CM (2017) H-1-detected REDOR with fast magic-angle spinning of a deuterated protein. J Phys Chem B 121:8503–8511
Goetz JM et al (1999) Investigation of the binding of fluorolumazines to the 1-MDa capsid of lumazine synthase by 15N{19F} REDOR NMR. J Am Chem Soc 121:7500–7508
Graesser DT, Wylie BJ, Nieuwkoop AJ, Franks WT, Rienstra CM (2007) Long-range F-19-N-15 distance measurements in highly-C-13, N-15-enriched solid proteins with F-19-dephased REDOR shift (FRESH) spectroscopy. Magn Reson Chem 45:S129–S134
Gullion T, Schaefer J (1989) Rotational-echo double-resonance NMR. J Magn Reson 81:196–200
Hong M, Griffin RG (1998) Resonance assignment for solid peptides by dipolar-mediated 13C/15N correlation solid-state NMR. J Am Chem Soc 120:7113–7114
Hong M, Schmidt-Rohr K (2013) Magic-angle-spinning NMR techniques for measuring long-range distances in biological macromolecules. Acc Chem Res 46:2154–2163
Jaroniec CP, Tounge BA, Rienstra CM, Herzfeld J, Griffin RG (2000) Recoupling of heteronuclear dipolar interactions with rotational-echo double-resonance at high magic-angle spinning frequencies. J Magn Reson 146:132–139
Kim SJ, Cegelski L, Preobrazhenskaya M, Schaefer J (2006) Structures of Staphylococcus aureus cell-wall complexes with vancomycin, eremomycin, and chloroeremomycin derivatives by 13C{19F} and 15N{19F} rotational-echo double resonance. Biochemistry 45:5235–5250
Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (1993) Principles of biochemistry, 2nd edn. Worth Publishers, New York
Luo W, Cady SD, Hong M (2009) Immobilization of the influenza A M2 transmembrane peptide in virus-envelope mimetic lipid membranes: a solid-state NMR investigation. Biochemistry 48:6361–6368
Mani R, Cady SD, Tang M, Waring AJ, Lehrer RI, Hong M (2006a) Membrane-dependent oligomeric structure and pore formation of a beta-hairpin antimicrobial peptide in lipid bilayers from solid-state NMR. Proc Natl Acad Sci USA 103:16242–16247
Mani R, Tang M, Wu X, Buffy JJ, Waring AJ, Sherman MA, Hong M (2006b) Membrane-bound dimer structure of a β-hairpin antimicrobial peptide from rotational-echo double-resonance solid-state NMR. Biochemistry 45:8341–8349
Pan Y, Gullion T, Schaefer J (1990) Determination of C-N internuclear distances by rotational-echo double-resonance NMR of solids. J Magn Reson 90:330
Ravichandran KR, Liang L, Stubbe J, Tommos C (2013) Formal reduction potential of 3,5-difluorotyrosine in a structured protein: insight into multistep radical transfer. Biochemistry 52:8907–8915
Rienstra CM et al (2002) De novo determination of peptide structure with solid-state magic-angle spinning NMR spectroscopy. Proc Natl Acad Sci USA 99:10260–10265
Roos M, Wang T, Shcherbakov AA, Hong M (2018) Fast magic-angle-spinning F-19 spin exchange NMR for determining nanometer distances in proteins and pharmaceutical compounds. J Phys Chem B 122:2900–2911
Sack II, Goldbourt A, Vega S, Buntkowsky G (1999) Deuterium REDOR: principles and applications for distance measurements. J Magn Reson 138:54–65
Sinha N, Hong M (2003) X-1H rotational-echo double-resonance NMR for torsion angle determination of peptides. Chem Phys Lett 380:742–748
Sinha N, Schmidt-Rohr K, Hong M (2004) Compensation for pulse imperfections in rotational-echo double-resonance NMR by composite pulses and EXORCYCLE. J Magn Reson 168:358–365
Tang M, Waring AJ, Hong M (2007) Phosphate-mediated arginine insertion into lipid membranes and pore formation by a cationic membrane peptide from solid-state NMR. J Am Chem Soc 129:11438–11446
Wang J, Pielak RM, McClintock MA, Chou JJ (2009) Solution structure and functional analysis of the influenza B proton channel. Nat Struct Mol Biol 16:1267–1271
Wi S, Sinha N, Hong M (2004) Long-range 1H-19F distance measurement in peptides by solid-state NMR. J Am Chem Soc 126:12754–12755
Williams JK, Tietze D, Lee M, Wang J, Hong M (2016) Solid-state NMR investigation of the conformation, proton conduction, and hydration of the influenza B virus M2 transmembrane proton channel. J Am Chem Soc 138:8143–8155
Williams JK, Shcherbakov AA, Wang J, Hong M (2017) Protonation equilibria and pore-opening structure of the dual-histidine influenza B virus M2 transmembrane proton channel from solid-state NMR. J Biol Chem 292:17876–17884
Wylie BJ, Sperling LJ, Nieuwkoop AJ, Franks WT, Oldfield E, Rienstra CM (2011) Ultrahigh resolution protein structures using NMR chemical shift tensors. Proc Natl Acad Sci USA 108:16974–16979