Выделение и очистка белка HPF из Staphylococcus aureus и анализ его структуры методом спектроскопии ЯМР

Р.Х. Аюпов¹, К.С. Усачев¹, И.Ш. Хусаинов^1,2, Б. Киффер², М.М. Юсупов^1,2

¹Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

²Институт генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC), г. Илькирш-Граффенштаден, 67400, Франция

Полный текст PDF

Аннотация

Исследуемый белок SaHPF (Staphylococcus aureus hibernation-promoting factor) с молекулярным весом 22.2 кДа является трансляционным фактором, который в условиях стресса (например, при аминокислотном голодании или под давлением антибиотика), связываясь с рибосомой, инактивирует ее, тем самым позволяя клетке выживать в неблагоприятных условиях. Процесс получения кристаллов данного белка сопровождается большими трудностями, поэтому определение его структуры методом спектроскопии ЯМР представляет большой интерес. В работе описаны получение белка в минимальной синтетической среде, меченного по изотопам ¹³C и ¹⁵N, и результаты ЯМР-экспериментов, которые показали, что белок присутствует в растворе в виде димера. При этом для полного белка в спектрах ЯМР наблюдаются два типа сигналов: 1) с низкой интенсивностью, но хорошей дисперсией от остатков N-концевого домена и 2) с высокой интенсивностью, но плохой дисперсией от остатков, соответствующих подвижной петле между доменами. Сигналов от остатков С-концевого домена белка в спектрах ЯМР не наблюдалось, что свидетельствует о возможном их участии в процессах димеризации белка. Наличие белка в димерной форме было подтверждено методом электрофореза в нативных условиях.

Ключевые слова: SaHPF, Staphylococcus aureus, ЯМР, рибосома, антибиотик, трансляционный фактор

Литература

1. Wada M., Yamazaki Y., Fujita N., Ishihama A. Structure and probable genetic location of a “ribosome modulation factor” associated with 100S ribosomes in stationary-phase Escherichia coli cells // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 1990. – V. 87, No 7. – P. 2657–2661.
2. Ueta M., Yoshida H., Wada C., Baba T., Mori H., Wada A. Ribosome binding proteins YhbH and YfiA have opposite functions during 100S formation in the stationary phase of Escherichia coli // Genes Cells. – 2005. – V. 10, No 12. – P. 1103–1112. – doi: 10.1111/j.1365-2443.2005.00903.x.
3. Polikanov Yu.S., Blaha G.M., Steitz T.A. How hibernation factors RMF, HPF, and YfiA turn off protein synthesis // Science. – 2012. – V. 336, No 6083. – P. 915–918. – doi: 10.1126/science.1218538.
4. Ueta M., Wada Ch., Wada A. Formation of 100S ribosomes in Staphylococcus aureus by the hibernation promoting factor homolog SaHPF // Genes Cells. – 2010. – V. 15, No 1. – P. 43–58. doi: 10.1111/j.1365-2443.2009.01364.x.
5. Ayupov R.K., Akberova N.I. Prediction of the three-dimensional structure of the protein SaHPF and analysis of its molecular dynamics // Int. J. Pharm. Technol. – 2016. – V. 8, No 2. – P. 14548–14557.
6. Аюпов Р.Х., Акберова Н.И. Анализ структуры белка SaHPF Staphylococcus aureus // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2016. – Т. 158, кн. 3. – С. 327–337.
7. Khusainov I., Vicens Q., Bochler A., Grosse F., Myasnikov A., Ménétret J.-F., Chicher J., Marzi S., Romby P., Yusupova G., Yusupov M., Hashem Y. Structure of the 70S ribosome from human pathogen Staphylococcus aureus // Nucleic Acid Res. – 2016. – V. 44, No 21. – P. 10491–10504. – doi: 10.1093/nar/gkw933.
8. Ayupov R.K., Khusainov I.Sh., Validov S.Z., Yusupova G.Z., Yusupov M.M. Isolation and purification of staphylococcus aureus hibernationpromoting factor inactivating of the ribosome // Int. J. Pharm. Technol. – 2016. – V. 8, No 2. – P. 14392–14398.
9. Golovanov A.P., Hautbergue G.M., Wilson S.A., Lian L.-Y. A simple method for improving protein solubility and long-term stability // J. Am. Chem. Soc. – 2004. – V. 126, No 29. – P. 8933–8939. – doi: 10.1021/ja049297h.
10. Hjelmeland L.M. A nondenaturing zwitterionic detergent for membrane biochemistry: Design and synthesis // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 1980. – V. 77, No 11. – P. 6368–6370.
11. Bachmann M., Trautmann F., Messer R., Zahn R.K., Meyer zum Büschenfelde K.-H., Müller W.E.G. Association of a polyuridylate-specific endoribonuclease with small nuclear ribonucleo-proteins which had been isolated by affinity chromatography using antibodies from a patient with systemic lupus erythematosus // Eur. J. Biochem. – 1983. – V. 136, No 3. – P. 447–451. – doi: 10.1111/j.1432-1033.1983.tb07762.x.
12. Raman S., Vernon R., Thompson J., Tyka M., Sadreyev R., Pei J., Kim D., Kellogg E., DiMaio F., Lange O., Kinch L., Sheffler W., Kim B-H., Das R., Grishin N.V., Baker D. Structure prediction for CASP8 with all-atom refinement using Rosetta // Proteins. – 2009. – V. 77, No 9. – P. 89–99. – doi: 10.1002/prot.22540.
13. Seetharaman J., Neely H., Wang D., Janjua H., Cunningham K., Owens L., Xiao R., Liu J., Baran M.C., Acton T.B., Rost B., Montelione G.T., Hunt J.F., Tong L. Crystal structure of Ribosome-associated protein Y (PSrp-1) from Clostridium acetobutylicum. Northeast Structural Genomics Consortium target id CaR123A. – 2009. – URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?pdbId=3KA5. – doi: 10.2210/pdb3ka5/pdb.

Поступила в редакцию

07.04.17

Аюпов Рустам Хасанович, аспирант кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: aurusta@mail.ru

Усачев Константин Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры медицинской физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Konstantin.Usachev@kpfu.ru

Хусаинов Искандер Шамильевич, PhD, младший научный сотрудник НИЛ «Структурная биология»; научный сотрудник лаборатории «Рибосома»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

Институт генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC)

г. Илькирш-Граффенштаден, 67400, Франция

E-mail: khusaino@igbmc.fr

Бруно Киффер, PhD, Департамент структурной биологии и геномики

Институт генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC)

г. Илькирш-Граффенштаден, 67400, Франция

E-mail: bruno.kieffer@igbmc.fr

Юсупов Марат Миратович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ «Структурная биология», профессор кафедры биохимии и биотехнологии; руководитель лаборатории «Рибосома»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

Институт генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC)

г. Илькирш-Граффенштаден, 67400, Франция

E-mail: marat@igbmc.fr

Для цитирования: Аюпов Р.Х., Усачев К.С., Хусаинов И.Ш., Киффер Б., Юсупов М.М. Выделение и очистка белка HPF из Staphylococcus aureus и анализ его структуры методом спектроскопии ЯМР // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 2. – С. 332–341.

For citation: Ayupov R.Kh., Usachev K.S., Khusainov I.Sh., Kieffer B., Yusupov M.M. Expression and purification of HPF protein from Staphylococcus aureus and analysis of its structure by the method of NMR spectroscopy. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2017, vol. 159, no. 2, pp. 332–341. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.