Domini PDZ

Domini PDZ

Irene Mademont-Soler; Clara Panosa-Roqueta; Clara Serra-Juhé; Eva Torner-Bosch; Irene Valenzuela-Palafoll

1. Introducció

2. Llinatge

2.1 Estudi de les famílies

2.2 Estudi de la superfamília

3. Interacció amb el lligand

3.1 Classes d’interaccions

3.2 Interacció carboxi-terminal

3.3 Interacció -hairpin finger

4. Interacció amb altres dominis

5. Exemple de PSD 95

Índex

1. Introducció

- Dominis de 90 aminoàcids aproximadament

- Mòduls d’interacció proteïna-proteïna

- Reconeixen seqüències petites d’aminoàcids (entre 3 i 5 aa)

- Dominis proteics més freqüents en el genoma d’organismes eucariotes multicel·lulars.

- 400 dominis PDZ diferents identificats al genoma humà.

- PDZ canònic format per:

6 cadenes (A-F)

2 hèlixs (A-B)

- Les 6 cadenes formen un barril parcialment obert

- Les dues -hèlix fan capping

- Extrems amino i carboxi terminal espacialment propers

1. Introducció

1

2 63

4

5

1

2

Capping

1. Introducció

CASK/Lin-2 SyntrophinSynteninScribbleZaspAlpha-actinin-2 associated LIM HarmoninRhophilin

Membrane associated guanylate kinase KIAA

Domini PDZ

Nitric oxide synthasePhosphataseNa/H exchanger regulatory factorInadGRIBErbinSynapse-associated proteinSegment polarity proteinShankPSD-95ProteaseInterleukin

1. Introducció

2. Llinatge








2. Llinatge

• Classe: tot beta

• Fold: PDZ domain-like

• Superfamília: PDZ domain-like

• Famílies:

1) PDZ domain (25)

2) Tail specific protesase PDZ domain (2)

3) HtrA-like serine proteases (2)

4) Interleukin 16 (1)

2. Llinatge

2. Llinatge

Homo sapiens

Mus musculus

Rattus norvegicus

Xenopus laevis

Espècies

Drosophila melanogaster

Escherichia coli

Scenedesmus obliauus

Thermoplasma acidophilum

- Motiu conservat: K/R-X-X-X-G--G-.

- La segona G és conservada en tota la superfamília.

- Una Arg/Lys molt conservada.

2. Llinatge: família 1

Alineament de seqüència

ALINIAMENT AMB UNA CONSERVACIÓ IMPORTANT


Alineament d’estructura


RXXXGLGF

PROPERS AL LLIGAND IMPORTANTS PER L’ESTRUCTURA

Els gaps no els trobem a les hèlix- ni a les cadenes


HEQAAIALKN

RMSD: 0.73


Família 1 25 prot.

6 proteïnes

1BFE 1UM7

1G9O 1IU0

1GM1 1N7E

RMSD: 0.73

Més d’un domini en una mateixa cadena

Modificació dels fitxers PDB (segons SCOP)

Residus del domini PDZ

- 1fc9: 157-248

- 1k32: 763-853

1FC9

1K32


-1fc9: Scenedesmus obliquus

-1k32: Thermoplasma acidophilum



1fc9a AGSVTGVGLEITYDGGSGKDVVVLTPA--------PGGPAEK-AGARAGDVIVTVDGTAV1k32a ----GRIACDFKL---DGDHYVVAKAYAGDYSNEGEKSPIFEYGIDPTGYLIEDIDGETV

1fc9a K-GLSLYDVSDLL-QGEADSQVEVVLHAPGAPSNTRTLQLTRQ-1k32a GAGS---NIYRVLSEKA-GTSARIRLSG-K-GGDKRDLMIDILD


RMSD: 1.56


RMSD: 1.56 RMSD: 1.56

RMSD: 1.56


RMSD: 1.56

AMINOÀCIDS HIDROFÒBICS IMPORTANTS PEL PLEGAMENT EN

ESTRUCTURA TERCIÀRIA

Més d’un domini en una mateixa cadena

Realització d’un STAMP avançat

1LCY

1VCW


1LCY: H. sapiens

1VCW: E. coli



1lcya -RRYIGVMMLTLSPSILAELQLREPSFPDVQHGVLIH-KVILGSPAHRAGLRPGDVILAI 1vcwa IRGYIG-IGGR---------------------GIVVNEVSP-DGPAANAGIQVNDLIISV

1lcya GEQMVQNAEDVYEAVRTQ---SQLAVQIRRGRETLTLYVTPE-VTE 1vcwa DNKPAISALETMDQVAEIRPGSVIPVV-----VQLTLQVTIQEYPA


1LCY: H.sapiens

1VCW: E.coli


RMSD:1,26RMSD:1,26 RMSD:1,26


AMINOÀCIDS HIDROFÒBICS IMPORTANTS PEL PLEGAMENT EN

ESTRUCTURA TERCIÀRIA

1i16 (H.sapiens): estructura amb RMN



Alineament d’estructura1fc9a ----------------------------------AGSV-TGVGLEITY---DGG------1lcya -------------------------------------R-RYIGVMMLTLSPSILAELQLR1bfea ------------------------DIPREPRRIVIHRGSTGLGFNIIGGE----------1i16 MPDLNSSTDSAASASAASDVSVESTAEATVCTVTLEKMSAGLGFSLEGGK----------

1fc9a ---------SGKDVVVLTPAPGGPA-E---KAGARAGDVIVTVDGTAVKGL----SLYDV1lcya EPSFP---DVQHGVLIHKVILGSPA-H---RAGLRPGDVILAIGEQM-V-Q----NAEDV1bfea ---------DGEGIFISFILAGGPAD-L--SGELRKGDQILSVNGVDLRNASHEQAAIAL1i16 -----GSLHGDKPLTINRI-FKG--AASEQSETVQPGDEILQLGGTAMQGLTRFEAWNII

1fc9a SDLLQGEADSQVEVVLHAPG----------APSNTRTLQLTRQ---1lcya YEAVRT--QSQLAVQIRR-G-----------R-ETLTLYVTPEVTE1bfea KN--A-G--QTVTIIAQYKPEEYSRFEANSRVNSSGR-IVTN----1i16 KA--L-P-DGPVTIVIRRKSL----------QS-KE-TTAAGDS--

2. Llinatge: superfamília


RMSD: 1,05

1. Introducció

2. Llinatge










- Ampli rang d’unions PDZ-lligand dins la superfamília

però…

- Un PDZ concret només s’unirà a un nombre limitat de lligands. Per què?

- Especificitat conferida per les seqüències.

- Diferent localització de PDZ i lligands (regulació espacial)



B B

A • Solc format entre la cadena B i l’hèlix B

•En el solc hi troben el “carboxylate binding loop” (connecta A i B)

B B

A

Regulació per fosforilació

Fosforilació de Ser, Thr o Tyr

- Prevenció de la unió

- Reversió de la unió ja feta


3.1 Interaccions PDZ - lligand

Classe Motiu que reconeix

Proteïna PDZ

I -X-S/TPDZ3 PSD-95 (1BFE i 1BE9)

PDZ1 PSD95 (1IU0)

PDZ2 PTP-BL (1GM1)

Synapsis associated protein 102 (1UM7)

II -X- PDZ LIN-2 (1KWA)

PDZ6 GRIP1 (1N7E)

PDZ ERBIN (1MFG)

III -X-E/DPDZ RSG1 (1UM1)

PDZ nNOS (1QAU i 1B8Q)


Característiques comunes del domini PDZ en les diferents classes:

Seqüència conservada G--G-

Butxaca hidrofòbica (interacció amb residu hidrofòbic del pèptid)

Classe I:

3.1 Interaccions PDZ - lligand - X - S/T

1be9


Intervé en la butxaca hidrofòbica I

Motiu G- - G-

His conservada

- X - S/T


Glicines altament conservades

Butxaca hidrofòbica I conservada en tots els PDZ

Histidina

conservada en la classe I

RMS = 1,05

Classe II:

3.1 Interaccions PDZ - lligand - X -


Motiu - G-

Butxaca 2: Val/Leu- Ile/Phe

Butxaca 1: Met/Leu- Ile/Phe – Leu/Ile- Leu

- X -


Butxaca 2

Butxaca 1Glicina

RMS = 1,12


Residu B1

Interacció Val - (pèptid)

- X -


Butxaca hidrofòbica- Valina 1255 Valina 1351- Valina 1253

- X - 1MFG


Interacció

• Val1253- (pèptid))

• Desplaçament de l’esquelet peptídic

• No interacció His

• Interacció classeI i classeII

3.1 Interaccions PDZ - lligand - X - D/E 1B8QClasse III:


Motiu G- - G-

Tyr conservada

Arg conservada

Butxaca hidrofòbica Leu – Phe/Met – Ile/Leu


Tyr

Arg

Butxaca hidrofòbica

RMS = 1,39

Interacció carboxi-terminal

Interacció amb el lligand

Tipus cap i cua

Interacció per motiu intern: -hairpin finger

3.2. Interacció amb el lligand

PDZ de classe I

PDZ domain-binding motif - X -Thr/ser

1be9

3.2. Interacció carboxi-terminal

A) Interaccions: estabilització i augment d’afinitat

1be9


“Carboxylate binding loop”

B) Interaccions: especificitat

1be9



1be9


B) Interaccions: especificitatButxaca hidrofòbica

1be9


RMSD = 0.64PDZ unit a pèptid (1be9)

PDZ lliure (1bfe)


Interacció carboxi-terminal

Interacció amb el lligand

Tipus cap i cua

3.3. Interacció -hairpin finger

Interacció per motiu intern: -hairpin finger

SintropinanNOS

1QAV


nNOS

1QAV


Es forma una nova fulla

1QAV


Psedo-peptide motif

1QAV


El grup carboxi-terminal no és un requeriment necessari pel reconeixement.

Bloc estèric

1QAV


1QAV


Estabilització del -hairpin finger:

- enllaç iònic

- regió hidrofòbica

1QAV


A) Interaccions: estabilització i augment d’afinitat

1QAV


F/I (94)

I



1QAV


L - G - F/I (92) (93) (94)

I

K (86)

T/S (86)

H (142)

T (152)



1QAV


L - G - F/I (92) (93) (94)

I

K (86)

T/S (109)

H (142)

T (152)

S (95)

H- E/D (142)(143)

N (102)



1QAV


L - G - F/I (92) (93) (94)

I

K (86)

T/S (109)

H (142)

T (152)

S (95)

H- E/D (142)(143)

N (102)

L (149)


RMSD: 0.40

nNOS unit a sintropina (1QAV)

nNOS lliure (1QAU)


1. Introducció

2. Llinatge










Domini

PDZ

Per hidrofobicitat

Per butxaca hidrofòbica

Per cadenes

antitipara·leles

RGS-3

AmiloideBP

InaD

GRIP-1

Cdc-42

Shank

MPDZ

Cask/Lin2


4.1. RGS-3

Dos dominis PDZ

Dues cadenes diferents

Interaccions hidrofòbiques entre loops

Interaccions hidrofòbiques dels extrems N-terminal i C-terminal

4.1. RGS-3

Dos dominis PDZ

Una sola cadena

4.2. Amiloide BP

Interaccions hidrofòbiques entre loops

4.2. Amiloide BP

Domini

PDZ

Per hidrofobicitat


Per cadenes

antitipara·leles

RGS-3

AmiloideBP

InaD

GRIP-1

Cdc-42

Shank

MPDZ

Cask/Lin2

4.3. Interacció amb altres dominis

Tres dominis PDZ

Tres cadenes diferents

4.3. MPDZ

4.3. MPDZ

Coincideix amb la CLASSE1

4.3. MPDZ

Domini

PDZ

Per hidrofobicitat


Per cadenes

antitipara·leles

RGS-3

AmiloideBP

InaD

GRIP-1

Cdc-42

Shank

MPDZ

Cask/Lin2

4.4. Interacció amb altres dominis

Dos dominis PDZ

Dues cadenes diferents

Interacció cadenes antiparal·leles

4.4. GRIP1

4.4. GRIP1

VAL 673

4.4. GRIP1

Interacció domini PDZ – proteïna G

4.5. cdc 42

1. Introducció

2. Llinatge









5. Exemple de PSD-95

La concentració de Rc AMPA i NMDA en les sinapsis en el SNC és essencial per la transmissió excitatòria

sinàptica eficient.


La interacció entre aquests Rc i proteïnes sinàptiques és crucial per la concentraicó d’aquests Rc a la sinpasis.

INTERACCIÓ MEDIADA PER PDZ

PSD 95 GRIP

AJUDEN A FORMAR GRANS COMPLEXES

MACROMOLECULARS IMPORTANTS PER

LA PLASTICITAT NEURONAL


1. El lligand del domini PDZ interacciona amb el domini per:a) L’extrem N-terminal del lligand

b) L’extrem C-terminal del lligand

c) Per una regió interna del lligand

d) A i C són correctes

e) B i C són correctes

2. Segons SCOP el domini PDZ pertany a la classe:a) Totb) Tot c) + d) / e) La complexitat del domini fa impossible classificar-lo en alguna d’aquestes

categories

3. Pel que fa a la filogènia del fold domini PDZ podem dir que:a) Està format per una superfamília i cinc famílies

b) Està format per una superfamília amb 4 famílies

c) Està format per dues superfamílies amb 4 famílies cada una

d) Està format per 3 famílies

e) Cap de les anteriors és certa

4. La seqüència consens dels lligands de classe I és ( = aa hidrofòbic):a) X-S/T

b) Yc) E/D-X-S/T

d) X-A/D

e) Cap de les anteriors és certa

5. El domini PDZ interacciona amb altres dominis:

a) per enllaços electrostàtics

b) mitjançant aminoàcids hidrofòbics

c) per ponts d’hidrogen entre cadenes antiparal·leles

d) a i b són certes

e) b i c són certes

6. Pel que fa al domini PDZ és cert que:a) Està format per aproximadament 40 aminoàcids

b) La seva funció és mediar interaccions proteïna-proteïna

c) Degut a l’elevada conservació del domini, sempre s’uneix a un mateix motiu (G-R-E-V)

d) La seva funció és mediar interaccions proteïna-DNA

e) És un domini proteic tan sols present en procariotes

7. Pel que fa a l’estructura terciària del domini PDZ és fals que:a) Els extrems N-terminal i C-terminal es troben espaialment propers

b) L’estructura PDZ canònica està formada per 6 cadenes i 2 hèlixs c) L’estructura terciària correspon a un sandwich greek-key

d) Les dues hèlixs fan capping a l’estructura formada per les cadenes e) Segons la classificació de SCOP correspon a la classe tot

8. Pel que fa al domini PDZ és cert que:

a) La seqüència està més conservada que l’estructura.

b) Les interaccions iòniques són essencials per l’estabilització de l’estructura.

c) En el solc d’interacció amb el pèptid hi trobem almenys una butxaca hidrofòbica conservada.

d) Totes les anteriors són certes

e) Totes les anteriors són falses

9. En la superfamília PDZ hi ha una glicina altament conservada ja que:a) la càrrega positiva de la seva cadena lateral fa un enllaç iònic amb el glutàmic del pèptid.

b) la seva cadena lateral permet que no hi hagi impediment estèric en la interacció amb el pèptid.

c) les dues anteriors són certes.

d) no hi ha cap glicina altament conservada en la superfamília.

e) cap de les anteriors és certa.

10. Pel que fa una de les proteïnes que conté el domini PDZ (erbin), es cert que: a) Pot interaccionar amb pèptids de classe I gràcies a la presència d’una histidina

b) Pot intereccionar amb pèptids de la classe II gràcies a la presència d’una valina

c) A i b són certes

d) És dual perquè pot estar classificat en dues de les classes de les interaccions amb el lligand

e) Totes les aneriors són certes

1- Veient les interaccions de la imatge següent que s’estableixen entre l’extrem C-terminal del lligand i el domini PDZ, a quina estructura supersecundària et recorda?

El pèptid i la cadena del lloc d’interacció estan mimetitzant les interaccions per ponts d’hidrogen que s’estableixen entre les cadenes principals (els seus oxígens i nitrògens) de les diferents cadenes beta que formen la fulla beta. Per tant, podem concloure que les interaccions entre el pèptid i el domini permeten establir una continuïtat en la fulla beta ja present al domini.

2- Quina explicació donaries al fet d’observar una conservació important d’aminoàcids hidrofòbics al llarg de l’alineament (tant de seqüència com d’estructura), si aquests no estan implicats en la interacció al lligand?

Les interaccions hidrofòbiques són les més importants en el plegament en estructura terciària dels dominis. Tenint en compte que veiem aminoàcids hidrofòbics distribuïts en tota l’estructura proteica podem afirmar que aquests són importants pel plegament de l’estructura terciària.

Aquests aminoàcids hidrofòbics queden situats a l’interior de l’estructura del domini per tal d’evitar el seu contacte amb l’aigua.

3- Una de les maneres que té el PDZ d’interaccionar amb altres dominis és pel solc on s’uneix normalment el lligand. Quina funcionalitat té aquesta unió tenint en compte que impedeix la interacció amb el lligand?

En aquest cas, el PDZ que té el solc ocupat per un altre domini no es pot unir al lligand. La seva funció és fer de core (nucli) en un complex multiproteic: utilitza el lloc d’unió al lligand i altres possibles formes d’interacció amb altres dominis (com són les interaccions hidrofòbiques o la interacció per cadenes beta antiparal·leles) per tal de formar macrocomplexes i participar així en vies de senyalització cel·lulars.

El domini PDZ participa en interaccions proteïna-proteïna i, per tant, aquest és un exemple de la importància funcional d’aquest tipus d’interaccions i d’una de les possibles funcions biològiques del domini.

Domini PDZ

Documents

Transcript of Domini PDZ