Sensitive proton-detected solid-state NMR spectroscopy of large proteins with selective CH3 labelling: application to the 50S ribosome subunit

International audienceSolid-state NMR spectroscopy allows the characterization of structure, interactions and dynamics of insoluble and/or very large proteins. Sensitivity and resolution are often major challenges for obtaining atomic-resolution information, in particular for very large protein complexes. Here we show that the use of deuterated, specifically CH3-labelled proteins result in significant sensitivity gains compared to previously employed CHD2 labelling, while line widths only marginally increase. We apply this labelling strategy to a 468 kDa-large dodecameric aminopeptidase, TET2, and the 1.6 MDa-large 50S ribosome subunit of Thermus thermophilus

Urbanización popular en la ciudad de Asunción, Paraguay

This paper analyzes the processes of urbanization, organization and resistance taking place in urban areas developed through popular intervention in Asuncion, Paraguay. To this end, this study collected data from official institutions and conducted qualitative research through observation and in-depth interviews with 30 local community leaders. According to those surveyed, the popular urbanization process dates back to the colonial period, focusing on the riverside area of Asuncion, then expanded to other municipalities within the metropolitan region of the city. Local communities built these popular neighborhoods through the elaboration of organizational networks and solidarity initiatives. While mechanisms of occupation and resistance included street mobilization, community organizations still rely on institutional management to achieve better citizen participation.Esta investigación analiza los procesos de desarrollo urbano, organización y resistencia en las urbanizaciones desarrolladas por iniciativa popular de Asunción, Paraguay. Para ello, la investigación recolectó los datos disponibles en las instituciones oficiales que cuentan con registros de estos barrios, y realizó posteriormente una investigación cualitativa por medio de observaciones y entrevistas en profundidad a 30 líderes de las organizaciones comunitarias en urbanizaciones populares. Los testimonios de los líderes entrevistados señalan que el proceso de urbanización popular en la zona ribereña de Asunción tiene sus orígenes en el período colonial, y se fue extendiendo durante las últimas décadas a los municipios que conforman la región metropolitana de la ciudad. Las comunidades protagonistas del proceso urbanización fueron construyendo estos barrios populares, mediante la conformación de redes organizativas y acciones solidarias. Si bien los mecanismos de ocupación y resistencia incluyeron movilizaciones callejeras, las organizaciones comunitarias no se han apartado de la gestión institucional, con la esperanza de conquistar mejores canales de participación ciudadana

Protein’s surface water molecules and their role in the carbohydrate recognition process

La formación de complejos biomoleculares (receptor-ligando), es un proceso que comprende numerosos aspectos físico-químicos, como la formación de diferentes tipos de interacciones entre la proteína y su ligando y el cambio en la estructura de solvatación en las superficies de contacto de ambas moléculas. Un importante desafío consiste en comprender el papel de las moléculas de agua en el proceso de unión, dado que muchas de estas pueden ser desplazadas desde el sitio de unión hacia el seno del solvente, mientras que otras pueden permanecer fuertemente unidas en el mismo, puenteando la interacción entre la proteína y el ligando. Por otra parte, el desplazamiento de aguas juega también un rol clave en la determinación del resultado termodinámico del proceso de unión. El rol de la estructura de solvente en las lectinas, que comprenden todas las proteínas de unión/reconocimiento de carbohidratos sin actividad enzimática, es particularmente relevante en el proceso de reconocimiento, debido a la naturaleza hidrofílica del ligando y el sitio de unión. En este contexto, el presente trabajo de tesis doctoral, pone a prueba la hipótesis de que la estructura del solvente en el sitio de unión a carbohidratos (CBS) de lectinas, guarda una relación con la forma y las interacciones del complejo lectinacarbohidrato resultante, y por lo tanto, se puede utilizar para predecir su modo de unión. Para ponerla a prueba, se plantean los siguientes objetivos: (I) Empleando simulaciones de Dinámica Molecular en solvente explícito, en combinación con un análisis termodinámico estadístico, desarrollar y contribuir a la hipótesis de trabajo de que la estructura formada por las moléculas de agua presentes en el sitio de reconocimiento de carbohidratos en el receptor libre, emulan la posición de los grupos funcionales polares del ligando (en particular los hidroxilos u OHs) cuando se forma el complejo. (II) Combinando el análisis mencionado en el ítem I) con métodos de punto final para el cálculo de la energía libre proteína-ligando, se estudió la base estructural subyacente a la selectividad epimérica mostrada por lectina del hongo Agaricus bisporus (ABL), la cual muestra dos sitios de unión a carbohidratos bien diferenciados (CBS-A y CBSB ) que se encuentran en el mismo dominio, en donde la evidencia experimental muestra que cada uno de ellos es capaz de discriminar entre los epímeros, N-Acetil-DGalactosamina y N-Acetil-D-Glucosamina. (III) Finalmente, utilizando la información de la estructura de solvente, se ha desarrollado un esquema de Docking Molecular modificado que proporciona una mejora significativa en términos de exactitud (la relación entre el complejo predicho y la estructura de referencia cristalográfica) y precisión (discriminación entre el resultado verdadero de los falsos positivos) en la predicción de la estructura de complejos lectina-carbohidratos.The formation of biomolecular complexes (receptor-ligand), is a process that involves many physicochemical aspects, like the formation of different types of interactions between the protein and its ligand, and the change in the solvation structure between the contact surfaces of both molecules. Understanding the role of water molecules in the binding process is particularly challenging, since while some water molecules are displaced to the bulk solvent, others remain tightly bound in the binding site, bridging protein ligand interactions. Moreover, water displacement is also a key player in determining the thermodynamic outcome of the binding process. Lectins, comprise all carbohydrate binding/recognition proteins that do not have enzymatic activity, and given the hydrophilic nature of these ligands and these binding site, the role of the solvent structure in these protein-ligand recognition process is particularly relevant. In this context, the present PhD thesis, seeks to test and analyze the hypothesis that the solvent structure in the carbohydrate binding site (CBS) of lectins, mimics the shape and interactions of the resulting lectin-carbohydrate complex, and could thus be used to predict their binding mode. To achieve this task, we have pursued the following specific aims: (I) Using explicit solvent molecular dynamics simulations (MD) combined with a statistical thermodynamic analysis, we have analyzed the structure adopted by the water molecules in the CBS of several lectins, and related this information with the position of the polar functional groups of the carbohydrate ligands in the resulting complexes. (II) We have combined the above mentioned analysis with protein-ligand end-point free energy calculations to analyze the underlying structural basis of the epimeric selectivity showed by Agaricus bisporus Lectin (ABL), where two carbohydrate binding site (CBS-A and CBS-B) have found in the same carbohydrate recognition domain (CRD), show that each of them is capable to discriminate between the epimers, N-acetyl-D- Galactosamine and N-acetyl-D-Glucosamine. (III) Finally, and using the information of the solvent structure, we have devised a modified molecular docking scheme that provides significant improvement in terms of accuracy (the relationship between the predicted and crystallographic complex of reference) and precision (discrimination between the true from false positives results) in the prediction of lectin-carbohydrate complex structures.Fil:Gauto, Diego F.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Fisicoquímica del agua en la superficie proteica y su protagonismo en la unión de carbohidratos

La formación de complejos biomoleculares (receptor-ligando), es un proceso que comprende numerosos aspectos físico-químicos, como la formación de diferentes tipos de interacciones entre la proteína y su ligando y el cambio en la estructura de solvatación en las superficies de contacto de ambas moléculas. Un importante desafío consiste en comprender el papel de las moléculas de agua en el proceso de unión, dado que muchas de estas pueden ser desplazadas desde el sitio de unión hacia el seno del solvente, mientras que otras pueden permanecer fuertemente unidas en el mismo, puenteando la interacción entre la proteína y el ligando. Por otra parte, el desplazamiento de aguas juega también un rol clave en la determinación del resultado termodinámico del proceso de unión. El rol de la estructura de solvente en las lectinas, que comprenden todas las proteínas de unión/reconocimiento de carbohidratos sin actividad enzimática, es particularmente relevante en el proceso de reconocimiento, debido a la naturaleza hidrofílica del ligando y el sitio de unión. En este contexto, el presente trabajo de tesis doctoral, pone a prueba la hipótesis de que la estructura del solvente en el sitio de unión a carbohidratos (CBS) de lectinas, guarda una relación con la forma y las interacciones del complejo lectinacarbohidrato resultante, y por lo tanto, se puede utilizar para predecir su modo de unión. Para ponerla a prueba, se plantean los siguientes objetivos: (I) Empleando simulaciones de Dinámica Molecular en solvente explícito, en combinación con un análisis termodinámico estadístico, desarrollar y contribuir a la hipótesis de trabajo de que la estructura formada por las moléculas de agua presentes en el sitio de reconocimiento de carbohidratos en el receptor libre, emulan la posición de los grupos funcionales polares del ligando (en particular los hidroxilos u OHs) cuando se forma el complejo. (II) Combinando el análisis mencionado en el ítem I) con métodos de punto final para el cálculo de la energía libre proteína-ligando, se estudió la base estructural subyacente a la selectividad epimérica mostrada por lectina del hongo Agaricus bisporus (ABL), la cual muestra dos sitios de unión a carbohidratos bien diferenciados (CBS-A y CBSB ) que se encuentran en el mismo dominio, en donde la evidencia experimental muestra que cada uno de ellos es capaz de discriminar entre los epímeros, N-Acetil-DGalactosamina y N-Acetil-D-Glucosamina. (III) Finalmente, utilizando la información de la estructura de solvente, se ha desarrollado un esquema de Docking Molecular modificado que proporciona una mejora significativa en términos de exactitud (la relación entre el complejo predicho y la estructura de referencia cristalográfica) y precisión (discriminación entre el resultado verdadero de los falsos positivos) en la predicción de la estructura de complejos lectina-carbohidratos

Protein cages: structure, dynamic and function from an integrative structural biology approach

International audienceEnzymes encapsulation inside shell-forming protein cages represents a powerful strategy for controlling catalytic activity in living organisms due to the reaction pathways can be restricted to specific compartments (e.g. the encapsulins are widespread examples in the prokaryotic realm).Hence, the goals of my research aims to understand, the structural relation between the encapsulins protein cages and their encapsulated proteins at atomistic level, shed light over the atomistic details of the capsid stability and also find new small molecules (drug-like) that can interfere the multimeric self-assembly equilibria in order to reach a biomedical and biotechnological impact. My research will be performed under an integrative structural biology framework combining NMR, biochemistry and biophysical experiments as well as computational simulations

Development of integrative methods for the structure elucidation of protein-ligand complexes combining experimental and computational data

National audienceIn the field of structural biology, the elucidation of the interactions between proteins and ligands is a crucial step in understanding their functional properties. The use of computational modelling tools[1], such as Autodock, Autodock Vina and Dock6 between others, has greatly aided in this effort, allowing for the prediction of ligand binding sites of the protein-ligand complexes. However, the accuracy of these predictions can be limited [2]. In this study, we aim to achieve a more accurate match between experimental data and computational models by using a range of data that we integrate with a program called CNS when the acquisition of precise and high quality data from X-Ray crystallography, Cryo-EM and NMR is not possible. We emulate different scenarios, from almost perfect amount and quality of information to sparse data with added noise and by using raw experimental data such as the chemical shifts with and without assignment from NMR, deuterium/proton exchange with NMR or MS, mutagenesis and more. Our goal is bidirectional, for one side to improve the reliability and predictive power of computational modelling approaches in protein-ligand elucidation, but also limit the amount of experimental data needed to achieved a high quality complex structure.References[1]F. Stanzione, I. Giangreco, and J. C. Cole, “Use of molecular docking computational tools in drug discovery,” Prog. Med. Chem., vol. 60, pp. 273–343, 2021, doi: 10.1016/bs.pmch.2021.01.004.[2]S. F. Sousa, P. A. Fernandes, and M. J. Ramos, “Protein–ligand docking: Current status and future challenges,” Proteins Struct. Funct. Bioinforma., vol. 65, no. 1, pp. 15–26, 2006, doi: 10.1002/prot.21082

Microsecond Protein Dynamics from Combined Bloch-McConnell and Near-Rotary-Resonance R 1 p Relaxation-Dispersion MAS NMR

International audienc

dsRNA-protein interactions studied by molecular dynamics techniques. Unravelling dsRNA recognition by DCL1

Double stranded RNA (dsRNA) participates in several biological processes, where RNA molecules acquire secondary structure inside the cell through base complementarity. The double stranded RNA binding domain (dsRBD) is one of the main protein folds that is able to recognize and bind to dsRNA regions. The N-terminal dsRBD of DCL1 in Arabidopsis thaliana (DCL1-1), in contrast to other studied dsRBDs, lacks a stable structure, behaving as an intrinsically disordered protein. DCL1-1 does however recognize dsRNA by acquiring a canonical fold in the presence of its substrate. Here we present a detailed modeling and molecular dynamics study of dsRNA recognition by DCL1-1. We found that DCL1-1 forms stable complexes with different RNAs and we characterized the residues involved in binding. Although the domain shows a binding loop substantially shorter than other homologs, it can still interact with the dsRNA and results in bending of the dsRNA A-type helix. Furthermore, we found that R8, a non-conserved residue located in the first dsRNA binding region, recognizes preferentially mismatched base pairs. We discuss our findings in the context of the function of DCL1-1 within the microRNA processing complex.Fil: Drusin, Salvador Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: Suarez, Irina Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Gauto, Diego Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rasia, Rodolfo Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento de Química Biológica. Área Biofísica; ArgentinaFil: Moreno, Diego Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física. Area Inorganica; Argentin

Microsecond motions probed by near-rotary-resonance R1ρ 15N MAS NMR experiments: the model case of protein overall-rocking in crystals

International audienceSolid-state near-rotary-resonance measurements of the spin–lattice relaxation rate in the rotating frame (R1ρ) is a powerful NMR technique for studying molecular dynamics in the microsecond time scale. The small difference between the spin-lock (SL) and magic-angle-spinning (MAS) frequencies allows sampling very slow motions, at the same time it brings up some methodological challenges. In this work, several issues affecting correct measurements and analysis of 15N R1ρ data are considered in detail. Among them are signal amplitude as a function of the difference between SL and MAS frequencies, “dead time” in the initial part of the relaxation decay caused by transient spin-dynamic oscillations, measurements under HORROR condition and proper treatment of the multi-exponential relaxation decays. The multiple 15N R1ρ measurements at different SL fields and temperatures have been conducted in 1D mode (i.e. without site-specific resolution) for a set of four different microcrystalline protein samples (GB1, SH3, MPD-ubiquitin and cubic-PEG-ubiquitin) to study the overall protein rocking in a crystal. While the amplitude of this motion varies very significantly, its correlation time for all four sample is practically the same, 30–50 μs. The amplitude of the rocking motion correlates with the packing density of a protein crystal. It has been suggested that the rocking motion is not diffusive but likely a jump-like dynamic process