Lichtgesteuerte Proteinbindung einer biologisch relevanten β‐Faltblattstruktur

Abstract

[2] Außer C-terminale Proteinabschnitte können PDZ-Domänen auch interne Peptidmotive erkennen, die in dieselbe Bindungstasche binden wie C-terminale Motive. Das beste Beispiel für eine solche interne Liganderkennung wird für die erweiterte PDZDomäne der neuronalen Stickstoffmonoxid-Synthase (nNOS) gefunden, die an die PDZ-Domäne von a-1-Syntrophin oder die zweite PDZ-Domäne von PSD95 bindet.[3] Die Bildung des Heterodimers aus zwei unterschiedlichen PDZDomänen erfolgt über die b-Fingerstruktur von nNOS (30 Aminosäurereste), die an die PDZ-Domäne von Syntrophin bindet und dadurch die Membranassoziation von nNOS in der Skelettmuskulatur und die Induktion der Produktion von Stickstoffmonoxid als sekundären Botenstoff für die Muskelkontraktion bewirkt. [4] Für diese Bindung ist das interne Erkennungsmotiv -LETTF-der erweiterten PDZ-Domäne von nNOS wichtig, das im ersten Strang des Haarnadelmotivs lokalisiert ist (Schema 1) und eine stabile Konformation aus zwei antiparallelen Strängen bildet, die über eine Schleife verbunden sind.[5] Mimetika des nNOS-b-Fingers (Schema 2 a; Peptid 1) wurden in früheren Untersuchungen auf der Basis cyclischer Peptide entwickelt. Strukturrechnungen ergaben für Peptid 1 eine gute Übereinstimmung mit der Struktur des originalen bFingers. Bindungsuntersuchungen bestätigten eine Bindung an derselben Stelle des Proteins.[6] Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde eine photoschaltbare w-Aminosäure in das cyclische Fingerpeptid 1 an Stelle des d-Pro-Gly-Schleifenelementes und der beide Seiten flankierenden Aminosäurereste eingebaut (Schema 2 b). Photoschaltbare w-Aminosäuren auf der Basis von Azobenzol [7] oder Hemithioindigo [8] sind geeignete Kandidaten zur Modulation von Peptidkonformationen, [9] da ihre Photoisomerisierung äußerst schnell verläuft, [10] was ein Verfolgen der Konformationsübergänge im Bereich von Pico-bis zu Femtosekunden ermöglicht.[11] Für biologische Anwendungen [12] hat sich Azobenzol als sehr effektiv erwiesen, weil es eine cisÐtrans-Isomerisierung um die zentrale N=N-Bindung mit hohen Isomerisierungsausbeuten und beträchtlichen Strukturänderun-

Importance of a Conserved Lys/Arg Residue for Ligand/PDZ Domain Interactions as Examined by Protein Semisynthesis

“…In order to explore the importance of the conserved Lys/Arg residue for peptide‐ligand binding to PDZ domains, we employed the prototypical PSD‐95 PDZ2 domain along with four 5/6‐tetramethylrhodamine (TAMRA)‐labelled peptide ligands, representing both canonical and noncanonical ligands. The canonical ligands were GluN2B C‐terminal peptide (TAMRA‐YEKLSSIESDV‐COOH; GluN2B‐COOH) and CRIPT (TAMRA‐DTKNYKQTSV‐COOH; CRIPT‐COOH); the noncanonical ligands were a nNOS β‐finger mimetic (TAMRA‐cyclo(CTHLETTFTGDGTPKTIRVTQpG); nNOS β‐finger) and a C‐terminally amidated GluN2B peptide (TAMRA‐YEKLSSIESDV‐CONH 2 ; GluN2B‐CONH 2 ). We replaced Lys165 in PSD‐95 PDZ2 with Arg and four nonproteogenic amino acids: Lys variants homolysine (hLys) and ornithine (Orn), where the number of methylene groups to the primary amine is varied, and Arg variants citrulline (Cit) and acetyl‐ornithine (AcOrn), where the degree of protonation, as well as hydrogen bonding are varied (Figure C).…”

“…The C‐terminally amidated ligand, GluN2B ‐ CONH 2 , has previously been shown to have very low affinity for the PSD‐95 PDZ2 domain ( K D >500 μ m ), mainly because of the lack of charge in the C‐terminal and the inability to engage in the hydrogen bonding to the backbone of the GLGF motif . The nNOS β‐finger ligand is a cyclic peptide analogue derived from nNOS, and has been shown to mimic the native noncanonical interaction between nNOS and PDZ domains with comparable binding affinities ( K D =1.0–1.8 μ m ) …”

Light‐Switchable Peptides with a Hemithioindigo Unit: Peptide Design, Photochromism, and Optical Spectroscopy

“…It is a coupled cooperative folding and binding mechanism of interaction for a disorder‐to‐order transition involving a β strand . Starting from this well‐investigated β‐finger structure, a rather flexible photoswitchable cyclized azopeptide was developed . This cyclic azopeptide in the Z state successfully modulates the interaction with synthrophin, and the inhibition of muscle contraction in muscle cells and in muscle fibers could also be demonstrated .…”

Lichtgesteuerte Werkzeuge

“…[308][309][310] Mit diesem Azobenzol-Linker konnte auch die Gruppe von Hilvert die Haarnadelfaltung eines 36er Derivats des pankreatischen Polypeptids von Vçgeln effizient regulieren. [313] Die Inhibierung der Wechselwirkung zwischen der NO-Synthase und Synthropin durch cis-21 ermçglichte, durch eine Verminderung der NO-Abgabe der Skelettmuskelzellen, eine lichtkontrollierte Muskelfaserkontraktion, was auch eindrucksvoll in vivo gezeigt werden konnte. [233,312] Rück-Braun und Beyermann haben Azobenzol in ein cyclisches Peptid eingebaut, das das b-Finger-Motiv der neuronalen NO-Synthase imitiert (siehe Abbildung 13).…”