Mammalian olfactory receptors are a family of G protein-coupled receptors (GPCRs) that occupy a large part of the genome. In human genes, olfactory receptors account for more than 40% of all GPCRs. Several types of GPCR structures have been identified, but there is no single olfactory receptor whose structure has been determined experimentally to date. The aim of this study was to model the interactions between an olfactory receptor and its ligands at the molecular level to provide hints on the binding modes between the OR2W1 olfactory receptor and its agonists and inverse agonists. The results demonstrated the modes of ligand binding in a three-dimensional model of OR2W1 and showed a statistically significant difference in binding affinity to the olfactory receptor between agonists and inverse agonists.
Cold shock proteins (CSPs) are a family of proteins induced at low temperatures. CSPs bind to single-stranded nucleic acids through the ribonucleoprotein 1 and 2 (RNP 1 and 2) binding motifs. CSPs play an essential role in cold adaptation by regulating transcription and translation via molecular chaperones. The solution nuclear magnetic resonance (NMR) or X-ray crystal structures of several CSPs from various microorganisms have been determined, but structural characteristics of psychrophilic CSPs have not been studied. Therefore, we optimized the purification process to obtain highly pure Lm-Csp and determined the three-dimensional structure model of Lm-Csp by comparative homology modeling using MODELLER on the basis of the solution NMR structure of Bs-CspB. Lm-Csp consists of a ${\beta}$-barrel structure, which includes antiparallel ${\beta}$ strands (G4-N10, F15-I18, V26-H29, A46-D50, and P58-Q64). The template protein, Bs-CspB, shares a similar ${\beta}$ sheet structure and an identical chain fold to Lm-Csp. However, the sheets in Lm-Csp were much shorter than those of Bs-CspB. The Lm-Csp side chains, E2 and R20 form a salt bridge, thus, stabilizing the Lm-Csp structure. To evaluate the contribution of this ionic interaction as well as that of the hydrophobic patch on protein stability, we investigated the secondary structures of wild type and mutant protein (W8, F15, and R20) of Lm-Csp using circular dichroism (CD) spectroscopy. The results showed that solvent-exposed aromatic side chains as well as residues participating in ionic interactions are very important for structural stability. Further studies on the three-dimensional structure and dynamics of Lm-Csp using NMR spectroscopy are required.
A gene encoding for a putative microsomal epoxide hydrolase (mEH) of a zebrafish, Danio rerio, was cloned and characterized. The putative mEH protein of D. rerio exhibited sequence similarity with mammalian mEH and some other bacterial EHs. A structural model for the putative mEH was constructed using homology modeling based on the crystallographic templates, 1 qo7 and 1 ehy. The catalytic triad consisting of $Asp^{233}$, $Glu^{413}$, and $His^{440}$ was identified, and the characteristic features such as two tyrosine residues and oxyanion hole were found to be highly conserved. Based on bioinformatic analysis together with EH activity assay, the putative protein was annotated as mEH of D. rerio. Enantiopure styrene oxide with enantiopurity of 99%ee and yield of 33.5% was obtained from racemic styrene oxide by the enantioselective hydrolysis activity of recombinant mEH of D. rerio for 45 min.
Ben Abdelmalek, Imen;Urdaci, Maria Camino;Ali, Mamdouh Ben;Denayrolles, Muriel;Chaignepain, Stephane;Limam, Ferid;Bejar, Samir;Marzouki, Mohamed Nejib
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.11
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pp.1306-1318
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2009
The filamentous ascomycete Sclerotinia sclerotiorum is well known for its ability to produce a large variety of hydrolytic enzymes. Two $\alpha$-amylases ScAmy54 and ScAmy43 predicted to play an important role in starch degradation were showed to produce specific oligosaccharides essentially maltotriose that have a considerable commercial interest. Primary structure of the two enzymes was established by N-terminal sequencing, MALDI-TOF masse spectrometry and cDNA cloning. The two proteins have the same N-terminal catalytic domain and ScAmy43 derived from ScAmy54 by truncation of 96 amino acids at the carboxyl-terminal region. Data of genomic analysis suggested that the two enzymes originated from the same $\alpha$-amylase gene and that truncation of ScAmy54 to ScAmy43 occurred probably during S. sclerotiorum cultivation. The structural gene of Scamy54 consisted of 9 exons and 8 introns, containing a single 1,500-bp open reading frame encoding 499 amino acids including a signal peptide of 21 residues. ScAmy54 exhibited high amino acid homology with other liquefying fungal $\alpha$-amylases essentially in the four conserved regions and in the putative catalytic triad. A 3D structure model of ScAmy54 and ScAmy43 was built using the 3-D structure of 2guy from A. niger as template. ScAmy54 is composed by three domains A, B, and C, including the well-known $(\beta/\alpha)_8$ barrel motif in domain A, have a typical structure of $\alpha$-amylase family, whereas ScAmy43 contained only tow domains A and B is the first fungal $\alpha$-amylase described until now with the smallest catalytic domain.
Chemokine receptor (CCR2) is a G protein-coupled receptor that contains seven transmembrane helices. Recent pharmaceutical research has focused on the antagonism of CCR2 and candidate drugs are currently undergoing clinical studies for the treatment of diseases like arthritis, multiple sclerosis, and type 2 diabetes. In this study, we analyzed the time dependent behavior of CCR2 docked with a potent 4-azetidinyl-1-aryl-cyclohexane (4AAC) derivative using molecular dynamics simulations (MDS) for 20 nanoseconds (ns). Homology modeling of CCR2 was performed and the 4AAC derivative was docked into this binding site. The docked model of selected conformations was then utilized to study the dynamic behavior of the 4AAC enzyme complexes inside lipid membrane. MDS of CCR2-16b of 4AAC complexes allowed us to refine the system since binding of an inhibitor to a receptor is a dynamic process and identify stable structures and better binding modes. Structure activity relationships (SAR) for 4AAC derivatives were investigated and reasons for the activities were determined. Probable binding pose for some CCR2 antagonists were determined from the perspectives of binding site. Initial modeling showed that Tyr49, Trp98, Ser101, Glu291, and additional residues are crucial for 4AAC binding, but MDS analysis showed that Ser101 may not be vital. 4AAC moved away from Ser101 and the hydrogen bonding between 4AAC and Ser101 vanished. The results of this study provide useful information regarding the structure-based drug design of CCR2 antagonists and additionally suggest key residues for further study by mutagenesis.
The harshness of legionellosis differs from mild Pontiac fever to potentially fatal Legionnaire's disease. The increasing development of drug resistance against legionellosis has led to explore new novel drug targets. It has been found that phosphoglucosamine mutase, phosphomannomutase, and phosphoglyceromutase enzymes can be used as the most probable therapeutic drug targets through extensive data mining. Phosphoglucosamine mutase is involved in amino sugar and nucleotide sugar metabolism. The purpose of this study was to predict the potential target of that specific drug. For this, the 3D structure of phosphoglucosamine mutase of Legionella pneumophila (strain Paris) was determined by means of homology modeling through Phyre2 and refined by ModRefiner. Then, the designed model was evaluated with a structure validation program, for instance, PROCHECK, ERRAT, Verify3D, and QMEAN, for further structural analysis. Secondary structural features were determined through self-optimized prediction method with alignment (SOPMA) and interacting networks by STRING. Consequently, we performed molecular docking studies. The analytical result of PROCHECK showed that 95.0% of the residues are in the most favored region, 4.50% are in the additional allowed region and 0.50% are in the generously allowed region of the Ramachandran plot. Verify3D graph value indicates a score of 0.71 and 89.791, 1.11 for ERRAT and QMEAN respectively. Arg419, Thr414, Ser412, and Thr9 were found to dock the substrate for the most favorable binding of S-mercaptocysteine. However, these findings from this current study will pave the way for further extensive investigation of this enzyme in wet lab experiments and in that way assist drug design against legionellosis.
The imprinted tumour suppressor NOEY2 is downregulated in various cancer types, including ovarian cancers. Recent data suggest that NOEY2 plays an essential role in regulating the cell cycle, angiogenesis and autophagy in tumorigenesis. However, its detailed molecular function and mechanisms in ovarian tumours remain unclear. In this report, we initially demonstrated the inhibitory effect of NOEY2 on tumour growth by utilising a xenograft tumour model. NOEY2 attenuated the cell growth approximately fourfold and significantly reduced tumour vascularity. NOEY2 inhibited the phosphorylation of the signalling components downstream of phosphatidylinositol-3'-kinase (PI3K), including phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDK-1), tuberous sclerosis complex 2 (TSC-2) and p70 ribosomal protein S6 kinase (p70S6K), during ovarian tumour progression via direct binding to vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGFR-2). Particularly, the N-terminal domain of NOEY2 (NOEY2-N) had a potent anti-angiogenic activity and dramatically downregulated VEGF and hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), key regulators of angiogenesis. Since no X-ray or nuclear magnetic resonance structures is available for NOEY2, we constructed the three-dimensional structure of this protein via molecular modelling methods, such as homology modelling and molecular dynamic simulations. Thereby, Lys15 and Arg16 appeared as key residues in the N-terminal domain. We also found that NOEY2-N acts as a potent inhibitor of tumorigenesis and angiogenesis. These findings provide convincing evidence that NOEY2-N regulates endothelial cell function and angiogenesis by interrupting the VEGFR-2/PDK-1/GSK-3β signal transduction and thus strongly suggest that NOEY2-N might serve as a novel anti-tumour and anti-angiogenic agent against many diseases, including ovarian cancer.
Na, Eun-Jee;Lee, Sook-Young;Kim, Hak Jun;Oem, Jae-Ku
Journal of Veterinary Science
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v.22
no.1
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pp.12.1-12.11
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2021
Background: Bats have been considered natural reservoirs for several pathogenic human coronaviruses (CoVs) in the last two decades. Recently, a bat CoV was detected in the Republic of Korea; its entire genome was sequenced and reported to be genetically similar to that of the severe acute respiratory syndrome CoV (SARS-CoV). Objectives: The objective of this study was to compare the genetic sequences of SARS-CoV, SARS-CoV-2, and the two Korean bat CoV strains 16BO133 and B15-21, to estimate the likelihood of an interaction between the Korean bat CoVs and the human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Methods: The phylogenetic analysis was conducted with the maximum-likelihood (ML) method using MEGA 7 software. The Korean bat CoVs receptor binding domain (RBD) of the spike protein was analyzed by comparative homology modeling using the SWISS-MODEL server. The binding energies of the complexes were calculated using PRODIGY and MM/GBGA. Results: Phylogenetic analyses of the entire RNA-dependent RNA polymerase, spike regions, and the complete genome revealed that the Korean CoVs, along with SARS-CoV and SARS-CoV-2, belong to the subgenus Sarbecovirus, within BetaCoVs. However, the two Korean CoVs were distinct from SARS-CoV-2. Specifically, the spike gene of the Korean CoVs, which is involved in host infection, differed from that of SARS-CoV-2, showing only 66.8%-67.0% nucleotide homology and presented deletions within the RBD, particularly within regions critical for cross-species transmission and that mediate interaction with ACE2. Binding free energy calculation revealed that the binding affinity of Korean bat CoV RBD to hACE2 was drastically lower than that of SARS-CoV and SARS-CoV-2. Conclusions: These results suggest that Korean bat CoVs are unlikely to bind to the human ACE2 receptor.
Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) integrase plays a critical role in the life cycle of the HIV virus. An ability to accurately map its electrostatic potential, and then use this information to predict the manner in which DNA will bind to the active site of the catalytic domain could provide a foundation for inhibitory design. Attempts to discern the crystal structure of HIV-1 integrase have proven problematic, especially in the region of enzymatic activity, that being those residues involved in the catalysis of the integration of viral DNA into the host cell. However, there is a structural correlation in to the region of interest with avian sarcoma virus (ASV), so a homology model utilizing this similarity was constructed to approximate the behavior/structure of the undetermined portions of the HIV-1 integrase crystal. After this model was constructed and its energy minimized, electrostatic calculations were carried out on the substance, so that an electrostatic potential map was constructed. Using this information, it was determined that DNA binding was oriented so as to exploit the regions of positive potential nearby the active site, as well as the positive potential of the magnesium cofactors.
Synucleinopathies such as Parkinson's disease (PD) are incurable neurodegenerative conditions characterised by the abnormal aggregation of α-synuclein protein in neuronal cells. In PD, fibrillary synuclein aggregation forms Lewy bodies and Lewy neurites in the substantia nigra and cortex on the brain. Dementia with Lewy bodies and multiple system atrophy are also associated with α-synuclein protein abnormalities. α-synuclein is one of three synuclein proteins, and while its precise function is still unknown, one hypothesis posits that α-synuclein propagates from the enteric nervous system through the vagus nerve and into the brain, resulting in synucleinopathy. Studies on synucleinopathies should thus encompass not only the central nervous system but must necessarily include the gut and microbiome. The zebrafish (Danio rerio) is a well-established model for human neuronal pathologies and have been used in studies ranging from genetic models of hereditary disorders to neurotoxin-induced neurodegeneration as well as gut-brain-axis studies. There is significant genetic homology between zebrafish and mammalian vertebrates which is what makes the zebrafish so amenable to modelling human conditions but in the case of synucleinopathies, the zebrafish notably does not possess an α-synuclein homolog. Synuclein orthologs are present in the zebrafish however, and transgenic zebrafish that carry human α-synuclein have been generated. In addition, the zebrafish is a highly advantageous model and ideal replacement for reducing the use of mammalian models. This review discusses the application of the zebrafish as a model for synucleinopathies in efforts to further understand synuclein function and explore therapeutic strategies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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