Introduction: GTPases known as translation factor play a vital role as ribosomal subunit assembly chaperone. The bacterial Obg proteins ($Spo{\underline{0B}}$-associated ${\underline{G}}TP$-binding protein) belong to the subfamily of P-loop GTPase proteins and now it is considered as one of the new target for antibacterial drug. The majority of bacterial Obgs have been commonly found to be associated with ribosome, implying that these proteins may play a fundamental role in ribosome assembly or maturation. In addition, one of the experimental evidences suggested that Bacillus subtilis Obg (BsObg) protein binds to the L13 ribosomal protein (BsL13) which is known to be one of the early assembly proteins of the 50S ribosomal subunit in Escherichia coli. In order to investigate binding mode between the BsObg and the BsL13, protein-protein docking simulation was carried out after generating 3D structure of the BsL13 structure using homology modeling method. Materials and Methods: Homology model structure of BsL13 was generated using the EcL13 crystal structure as a template. Protein-protein docking of BsObg protein with ribosomal protein BsL13 was performed by DOT, a macro-molecular docking software, in order to predict a reasonable binding mode. The solvated energy minimization calculation of the docked conformation was carried out to refine the structure. Results and Discussion: The possible binding conformation of BsL13 along with activated Obg fold in BsObg was predicted by computational docking study. The final structure is obtained from the solvated energy minimization. From the analysis, three important H-bond interactions between the Obg fold and the L13 were detected: Obg:Tyr27-L13:Glu32, Obg:Asn76-L13:Glu139, and Obg:Ala136-L13:Glu142. The interaction between the BsObg and BsL13 structures were also analyzed by electrostatic potential calculations to examine the interface surfaces. From the results, the key residues for hydrogen bonding and hydrophobic interaction between the two proteins were predicted. Conclusion and Prospects: In this study, we have focused on the binding mode of the BsObg protein with the ribosomal BsL13 protein. The interaction between the activated Obg and target protein was investigated with protein-protein docking calculations. The binding pattern can be further used as a base for structure-based drug design to find a novel antibacterial drug.
Polygonatum cyrtonema Lectin (PCL), which is classified as a monocot mannose-binding lectin, has received great regards for its uniquely biological activities and potentially medical applications in cancer cells. This paper was initially aimed to study apoptosis of PCL on Hela cells. Thus, 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) method was carried out. Through observation of cell morphologic changes and Lactate dehydrogenase (LDH) activity-based cytotoxicity assays, PCL induced HeLa cell apoptosis in a dose-dependent manner. To further gain structural basis, multiple alignments, homology modeling and docking experiments were performed to analyze the correlation between its biological activities and mannose-binding sites. Eventually, considering docking data, chemical modification properties on the three mannose-binding sites were analyzed by a series of biological experiments (e.g., hemagglutinating and mitogenic activity assays, fluorescence and Circular Dichrosim (CD) spectroscopy) to profoundly identify the role of some key amino acids in the structure-function relationship of PCL.
Hwang, Eun Young;Jeong, Mi Suk;Park, So Young;Jang, Se Bok
BMB Reports
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v.47
no.9
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pp.488-493
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2014
Adaptor protein FADD forms the death inducing signaling complex (DISC) by recruiting the initiating caspases-8 and -10 through homotypic death effector domain (DED) interactions. Cellular FLICE-inhibitory protein (c-FLIP) is an inhibitor of death ligand-induced apoptosis downstream of death receptors, and FADD competes with procaspase-8/10 for recruitment for DISC. However, the mechanism of action of FADD and c-FLIP proteins remain poorly understood at the molecular level. In this study, we provide evidence indicating that the death effector domain (DED) of FADD interacts directly with the death effector domain of human c-FLIP. In addition, we use homology modeling to develop a molecular docking model of FADD and c-FLIP proteins. We also find that four structure-based mutants (E80A, L84A, K169A and Y171A) of c-FLIP DEDs disturb the interaction with FADD DED, and that these mutations lower the stability of the c-FLIP DED.
Biocatalytic transfer of oxygen in isolated cytochrome P450 or whole microbial cells is an elegant and efficient way to achieve selective hydroxylation. Cytochrome P450 CYP105P2 was isolated from Streptomyces peucetius that showed a high degree of amino acid identity with hydroxylases. Previously performed homology modeling, and subsequent docking of the model with flavone, displayed a reasonable docked structure. Therefore, in this study, in a pursuit to hydroxylate the flavone ring, CYP105P2 was co-expressed in a two-vector system with putidaredoxin reductase (camA) and putidaredoxin (camB) from Pseudomonas putida for efficient electron transport. HPLC analysis of the isolated product, together with LC-MS analysis, showed a monohydroxylated flavone, which was further established by subsequent ESI/MS-MS. A successful 10.35% yield was achieved with the whole-cell bioconversion reaction in Escherichia coli. We verified that CYP105P2 is a potential bacterial hydroxylase.
Human CDX1 and CDX2 genes play important roles in the regulation of cell proliferation and differentiation in the intestine. Hox genes clustered on four chromosomal regions (A-D) specify positional signaling along the anterior-posterior body axis, including intestinal development. Using glutathione S-transferase (GST) pulldown assays, molecular interaction measurements, and fluorescence measurements, we found that the homeodomains (HDs) of CDX1 and CDX2 directly interact with that of HOXD8 in vitro. CDX1 showed significant affinity for HOXD8, but CDX2 showed weak affinity for HOXD8. Thus far, three-dimensional structures of CDX1/2 and HOXD8 have not been determined. In this study, we developed a molecular docking model by homology modeling based on the structures of other HD members. Proteins with mutations in the HD of CDX1 (S185A, N190A, T194A, and V212A) also bound to the HD of HOXD8. Our study suggests that the HDs of CDX1/2 resemble those of HOXD8, and we provide the first insight into the interaction between the HDs of CDX1/2 proteins and those of HOXD8.
Structural vaccinology is pivotal in expediting vaccine design through high-throughput screening of immunogenic antigens. Leveraging the structural and functional characteristics of antigens and immune cell receptors, this approach employs protein structural comparison to identify conserved patterns in key pathogenic components. Molecular modeling techniques, including homology modeling and molecular docking, analyze specific three-dimensional (3D) structures and protein interactions and offer valuable insights into the 3D interactions and binding affinity between vaccine candidates and target proteins. In this review, we delve into the utilization of various immunoinformatics and molecular modeling tools to streamline the development of broad-protective vaccines against coronavirus disease 2019 variants. Structural vaccinology significantly enhances our understanding of molecular interactions between hosts and pathogens. By accelerating the pace of developing effective and targeted vaccines, particularly against the rapidly mutating severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 and other prevalent infectious diseases, this approach stands at the forefront of advancing immunization strategies. The combination of computational techniques and structural insights not only facilitates the identification of potential vaccine candidates but also contributes to the rational design of vaccines, fostering a more efficient and targeted approach to combatting infectious diseases.
Rimal, Hemraj;Subedi, Pradeep;Kim, Ki -Hwa;Park, Hyun;Lee, Jun Hyuck;Oh, Tae-Jin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.11
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pp.1750-1759
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2020
The characterization of cytochrome P450 CYP125A13 from Streptomyces peucetius was conducted using cholesterol as the sole substrate. The in vitro enzymatic assay utilizing putidaredoxin and putidaredoxin reductase from Pseudomonas putida revealed that CYP125A13 bound cholesterol and hydroxylated it. The calculated KD value, catalytic conversion rates, and Km value were 56.92 ± 11.28 μM, 1.95 nmol min-1 nmol-1, and 11.3 ± 2.8 μM, respectively. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis showed that carbon 27 of the cholesterol side-chain was hydroxylated, characterizing CYP125A13 as steroid C27-hydroxylase. The homology modeling and docking results also revealed the binding of cholesterol to the active site, facilitated by the hydrophobic amino acids and position of the C27-methyl group near heme. This orientation was favorable for the hydroxylation of the C27-methyl group, supporting the in vitro analysis. This was the first reported case of the hydroxylation of cholesterol at the C-27 position by Streptomyces P450. This study also established the catalytic function of CYP125A13 and provides a solid basis for further studies related to the catabolic potential of Streptomyces species.
Background: Pathogenesis-related 10 (PR-10) proteins are small, cytosolic proteins with a similar three-dimensional structure. Crystal structures for several PR-10 homologs have similar overall folding patterns, with an unusually large internal cavity that is a binding site for biologically important molecules. Although structural information on PR-10 proteins is substantial, understanding of their biological function remains limited. Here, we showed that one of the PgPR-10 homologs, PgPR-10.3, shares binding properties with flavonoids, kinetin, emodin, deoxycholic acid, and ginsenoside Re (1 of the steroid glycosides). Methods: Gene expression patterns of PgPR-10.3 were analyzed by quantitative real-time PCR. The three-dimensional structure of PgPR-10 proteins was visualized by homology modeling, and docking to retrieve biologically active molecules was performed using AutoDock4 program. Results: Transcript levels of PgPR-10.3 expressed in leaves, stems, and roots of 3-wk-old ginseng plantlets were on average 86-fold lower than those of PgPR-10.2. In mature 2-yr-old ginseng plants, the mRNA of PgPR-10.3 is restricted to leaves. Ginsenoside Re production is especially prominent in leaves of Panax ginseng Meyer, and the binding property of PgPR-10.3 with ginsenoside Re suggests that this protein has an important role in the control of secondary metabolism. Conclusion: Although ginseng PR-10.3 gene is expressed in all organs of 3-wk-old plantlets, its expression is restricted to leaves in mature 2-yr-old ginseng plants. The putative binding property of PgPR-10.3 with Re is intriguing. Further verification of binding affinity with other biologically important molecules in the large hydrophobic cavity of PgPR-10.3 may provide an insight into the biological features of PR-10 proteins.
Jo, Eunhye;Kim, Jihye;Lee, Areum;Moon, Keumok;Cha, Jaeho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.3
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pp.483-491
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2021
Two putative genes, lip29 and est29, encoding lipolytic enzymes from the thermophilic bacterium Geobacillus thermocatenulatus KCTC 3921 were cloned and overexpressed in Escherichia coli. The recombinant Lip29 and Est29 were purified 67.3-fold to homogeneity with specific activity of 2.27 U/mg and recovery of 5.8% and 14.4-fold with specific activity of 0.92 U/mg and recovery of 1.3%, respectively. The molecular mass of each purified enzyme was estimated to be 29 kDa by SDS-PAGE. The alignment analysis of amino acid sequences revealed that both enzymes belonged to GDSL lipase/esterase family including conserved blocks with SGNH catalytic residues which was mainly identified in plants before. While Est29 showed high specificity toward short-chain fatty acids (C4-C8), Lip29 showed strong lipolytic activity to long-chain fatty acids (C12-C16). The optimal activity of Lip29 toward p-nitrophenyl palmitate as a substrate was observed at 50℃ and pH 9.5, respectively, and its activity was maintained more than 24 h at optimal temperatures, indicating that Lip29 was thermostable. Lip29 exhibited high tolerance against detergents and metal ions. The homology modeling and substrate docking revealed that the long-chain substrates showed the greatest binding affinity toward enzyme. Based on the biochemical and insilico analyses, we present for the first time a GDSL-type lipase in the thermophilic bacteria group.
Human histamine H1 receptor (HHR1) is a G protein-coupled receptor and a primary target for antiallergic therapy. Here, the ligand-based three-dimensional pharmacophore models were built from a set of known HHR1 inverse agonists using HypoGen module of CATALYST software. All ten generated pharmacophore models consist of five essential features: hydrogen bond acceptor, ring aromatic, positive ionizable and two hydrophobic functions. Best model had a correlation coefficient of 0.854 for training set compounds and it was validated with an external test set with a high correlation value of 0.925. Using this model Maybridge database containing 60,000 compounds was screened for potential leads. A rigorous screening for drug-like compounds unveiled RH01692 and SPB00834, two novel molecules for HHR1 with good CATALYST fit and estimated activity values. The new lead molecules were docked into the active site of constructed HHR1 homology model based on recently crystallized squid rhodopsin as template. Both the hit compounds were found to have critical interactions with Glu177, Phe432 and other important amino acids. The interpretations of this study may effectively be deployed in designing of novel HHR1 inverse agonists.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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