Dokument:
NMR-Lösungsstruktur
der humanen Hck SH3-Domäne
im Komplex mit einem artifiziellen,
hochaffinen Peptid-Liganden
| Titel: | NMR-Lösungsstruktur der humanen Hck SH3-Domäne im Komplex mit einem artifiziellen, hochaffinen Peptid-Liganden | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3454 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20060710-001454-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Schmidt, Holger [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Stoldt, Matthias [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | NMR, Signaltransduktion, Hck, Src-Typ Protein Tyrosin Kinase, SH3-Liganden Wechselwirkung, Komplexstruktur, SH3NMR, signal transduction, Hck, Src-type protein tyrosine kinase, SH3-ligand interaction, complex structure, SH3 | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Die hämatopoetische Zell-Kinase Hck ist eine zytosolische Protein-Tyrosin-Kinase und involviert in eine Vielzahl zellulärer Signaltransduktionswege. Sie spielt eine wichtige Rolle bei Immunkrankheiten wie AIDS und Leukämie. Essentiell für die Funktionalität von Hck ist die Wechselwirkung von körpereigenen und viralen Proteinen mit ihrer SH3-Domäne, die unter anderem für die Regulation der Kinaseaktivität verantwortlich ist. Die Identifizierung der Bindungsparameter von SH3-Domänen dient daher nicht nur dem Verständnis von zellulären Prozessen durch Einblicke in die Grundlagen von Protein-Protein-Wechselwirkungen, sondern auch zur Basis für die Entwicklung von Medikamenten, die diese Protein-Protein-Wechselwirkungen spezifisch inhibieren können. Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung der Lösungsstruktur der Hck SH3-Domäne (HckSH3) im Komplex mit einem artifiziellen, hochaffinen Peptidliganden (PD1). Obwohl bereits einige Bindungsstudien mit HckSH3 durchgeführt wurden, existiert bisher keine Komplexstruktur. Die Untersuchung der Bindungseigenschaften von HckSH3 im Zusammenhang mit dem PD1-Peptid ist besonders interessant, da dieses Peptid nicht die für Src-Typ SH3-Domänen typische Konsensussequenz aufweist. Anstatt des basischen Ankerrests befindet sich ein hydrophober Tyrosinrest (Tyr4) an Position P-3, während sich ein basischer Lysin-Rest an Position P-4 befindet. überraschenderweise besitzt das PD1-Peptid mit einem KD-Wert von 0,23µM für HckSH3 mit die höchste bekannte Affinität eines Peptidliganden zu SH3-Domänen. Die Raumstruktur des HckSH3:PD1-Komplexes zeigt eine für SH3-bindende Liganden typische Poly-Prolin-Helix-Konformation der PD1-Peptidresiduen Leu6 bis Pro10. Der Vergleich mit anderen HckSH3-Strukturen lässt erkennen, dass das Peptid in Klasse-I'-Orientierung an HckSH3 bindet, eine signifikante Konformationsänderung innerhalb der HckSH3-Struktur ist nicht vorhanden. Ein besonderes Merkmal ist die Ausbildung eines kurzen antiparallelen β-Faltblatts im flexiblen RT-Loop von HckSH3 bei der Bindung an PD1, der bisher in keiner HckSH3-Struktur vorhanden ist. Verursacht wird dies durch Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen den Carbonyl- und Amidgruppen der Aminosäuren Y88 und F98 im RT-Loop. H2O/D2O-Amidprotonen-Austauschexperimente zeigen, dass bei der Bildung des HckSH3:PD1-Komplexes eine Verstärkung der Wasserstoffbrückenbindungen in der gesamten HckSH3-Struktur stattfindet, die PD1-Bindung also die HckSH3-Struktur stabilisiert. Im Vergleich des Komplexes mit anderen SH3:Peptidligand-Komplexen zeigt sich, dass die aminoterminalen Residuen des PD1-Peptids eine unübliche Struktur aufweisen. Durch einen Knick im Peptidrückgrat weist die basische Seitenkette des Lysin-Restes (Lys3) an Position P-4 in die HckSH3-Kompasstasche und übernimmt damit die Funktion des Ankerrestes. Der hydrophobe Ring des Tyr4 bildet extensive Kontakte zum Imidazolring des H92 im RT-Loop von HckSH3. Dies deutet ein völlig neues Liganden-Erkennungsprinzip von HckSH3 an, welches im Fall der HckSH3-PD1-Bindung eine hochaffine Bindung verursacht und von Algorithmen zur Vorhersage von SH3-bindenden Liganden nicht als solche erkannt wird. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Konsensussequenz von Src-Typ SH3-Domänen neu überdacht werden muss und zeigt den wichtigen Beitrag dieser Komplexstruktur zum Verständnis der SH3-Liganden-Wechselwirkung auf molekularer Ebene sowie zur Entwicklung besserer Vorhersage-Algorithmen für SH3-Liganden und neuer SH3-basierender Wirkstoffe.The hematopoietic cell kinase Hck is a cytosolic protein-tyrosine kinase, which is involved in numerous signal transduction pathways and plays a significant role in immunogenic diseases like AIDS or leukemia. Hck interacts via its SH3 domain with other cellular or viral proteins resulting in regulation of kinase activity. Thus, the identification of the parameters responsible for the binding to other proteins is essential for understanding of protein-protein interactions as well as for the development of new drugs that would specifically inhibit these interactions. Aim of this work was the determination of the solution structure of Hck SH3 domain (HckSH3) in complex with an artificial high affinity peptide ligand (PD1). Although some HckSH3 interaction studies were accomplished, this work presents the first complex structure of HckSH3. The binding properties of HckSH3 were of particular interest, especially because the PD1 peptide shows an unusual amino acid sequence for a ligand to Src type SH3 domains, not in accordance with their consensus sequence. Instead the basic anchor residue usually found at position P-3 the PD1 peptide exhibits a hydrophobic tyrosine residue (Tyr4), while a basic leucine residue is positioned at P-4. Nevertheless, the PD1 peptid binds to HckSH3 with a surprisingly high affinity as can be seen by the measured KD value of 0.23 µM, which ranges among the most affine binders known for SH3 peptide ligands. The solution structure of the complex reveals the typical poly-proline helix conformation for the peptide residues Leu6 to Pro10. A comparison to other HckSH3 structures shows that the peptide adopts a class I' binding conformation, and no significant conformational changes in the overall structure of HckSH3 can be recognized. The most prominent feature is the formation of a short antiparallel β-sheet in the RT loop of HckSH3 upon PD1 binding, which is not present in any other structure of HckSH3. This β-sheet is characterized by the formation of hydrogen bond interactions between the carbonyl and amide groups of the HckSH3 residues Y88 and F98 within the RT loop. H2O/D2O amide proton exchange experiments revealed an increase in exchange lifetimes of the protons involved in hydrogen bonding throughout the whole HckSH3 upon ligand binding, indicating that the PD1 interaction stabilises the overall structure of HckSH3. Comparisons of the complex to other SH3:ligand complexes reveal the untypical binding mode of the aminoterminal PD1 residues to the HckSH3 compass pocket region. Due to a kink in the peptide backbone, the basic side chain of Lys3 at position P-4 points into the HckSH3 compass pocket and seems to fulfill the function of the anchor residue. The hydrophobic ring of peptide residue Tyr4 provides extensive contacts to the imidazole ring of H92 in the HckSH3 RT loop. In case of the PD1 peptide the described new ligand recognition mode of HckSH3 results in a high affinity binding. Algorithms for the prediction of ligand binding to SH3 domains like SH3-SPOT fail to identify PD1 as high affinity ligand. Therefore, it seems to be necessary to reconsider the consensus sequence of Src type SH3 domains. This shows the important contribution of the HckSH3:PD1 complex structure in understanding the molecular basics of SH3-ligand interactions. Additionally this knowledge is prerequisite for development of more reliable algorithms for the prediction of SH3-binding proteins as well as for drug design. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 10.07.2006 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 30.06.2006 | |||||||
| Datum der Promotion: | 30.06.2006 |
