Structural Analysis of Smooth Muscle Tropomyosin α and β Isoforms

Rao, Jampani Nageswara; Rivera-Santiago, Roland; Li, Xiaochuan Edward; Lehman, William; Domínguez, Roberto

doi:10.1074/jbc.m111.307330

Cited by 31 publications

(35 citation statements)

References 54 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Because there is no suitable crystal structure for fragments containing residues 76–97, these side chains were now built based on sequence similarity to other tropomyosin fragments: side chains 76–87 were modeled on residues 76–87 of a recent crystal structure of smooth muscle tropomyosin (PDB ID-2U59; Rao et al 2012); the side chain conformation of Leu88 and Asn89 were taken from Leu207 and Glu208 in the 2B9C PDB (Brown et al 2005), and side chains for residues 90–97 were taken from residues 11–18 of a non-muscle tropomyosin structure (PDB ID-3AZD; Meshcheryakov et al 2011). N- and C-terminal ends of tropomyosin make an overlap complex with each other when tropomyosin associates end-to-end to form a cable on actin filaments.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Electrostatic interaction map reveals a new binding position for tropomyosin on F-actin

Rynkiewicz

Schott

Orzechowski

et al. 2015

J Muscle Res Cell Motil

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Azimuthal movement of tropomyosin around the F-actin thin filament is responsible for muscle activation and relaxation. Recently a model of αα-tropomyosin, derived from molecular-mechanics and electron microscopy of different contractile states, showed that tropomyosin is rather stiff and pre-bent to present one specific face to F-actin during azimuthal transitions. However, a new model based on cryo-EM of troponin- and myosin-free filaments proposes that the interacting-face of tropomyosin can differ significantly from that in the original model. Because resolution was insufficient to assign tropomyosin side-chains, the interacting-face could not be unambiguously determined. Here, we use structural analysis and energy landscapes to further examine the proposed models. The observed bend in seven crystal structures of tropomyosin is much closer in direction and extent to the original model than to the new model. Additionally, we computed the interaction map for repositioning tropomyosin over the F-actin surface, but now extended over a much larger surface than previously (using the original interacting-face). This map shows two energy minima— one corresponding to the “blocked-state” as in the original model, and the other related by a simple 24 Å translation of tropomyosin parallel to the F-actin axis. The tropomyosinactin complex defined by the second minimum fits perfectly into the recent cryo-EM density, without requiring any change in the interacting-face. Together, these data suggest that movement of tropomyosin between regulatory states does not require interacting-face rotation. Further, they imply that thin filament assembly may involve an interplay between initially seeded tropomyosin molecules growing from distinct binding-site regions on actin.

show abstract

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…3U1A, N-terminal 81 residues (chicken gizzard smooth muscle α-tropomyosin, Rao et al (2012)). 3U59, N-terminal 98 residues (chicken gizzard smooth muscle α-tropomyosin, Rao et al (2012)). 2D3E, 134 C-terminal residues (rabbit striated muscle α-tropomyosin, Nitanai et al (2007)).…”

Section: Figmentioning

confidence: 99%

Electrostatic interaction map reveals a new binding position for tropomyosin on F-actin

Rynkiewicz

Schott

Orzechowski

et al. 2015

J Muscle Res Cell Motil

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…TMBS1, ABS1, and TMBS2 are all contained within the N-terminal $160-aa region (4,31,32), thought to be mostly unstructured on its own (33). Studies using NMR and CD spectroscopy suggest that the intrinsically disordered TMBSs adopt a helical conformation upon binding to the N-terminal $35 aa of the TM coiled coil (32), substituting for end-to-end interactions of TM molecules along the length of the actin filament (34,35). ABS2 is contained within the C-terminal region (residues $160 onward), which has a globular fold consisting mostly of a leucine-rich repeat (LRR) domain (36 very weakly compared to Lmods (3,6,16 (3,6,(40)(41)(42)(43), but lack the conserved TMBS2 of Tmods, with the corresponding region varying widely among Lmod isoforms, and displaying an abundance of negatively charged amino acids (Glu and Asp).…”

Section: Domain Organization and Biochemical Activity Of Tmodsmentioning

confidence: 99%

Tropomodulins and Leiomodins: Actin Pointed End Caps and Nucleators in Muscles

Fowler

Domínguez

2017

Biophysical Journal

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Cytoskeletal structures characterized by actin filaments with uniform lengths, including the thin filaments of striated muscles and the spectrin-based membrane skeleton, use barbed and pointed-end capping proteins to control subunit addition/dissociation at filament ends. While several proteins cap the barbed end, tropomodulins (Tmods), a family of four closely related isoforms in vertebrates, are the only proteins known to specifically cap the pointed end. Tmods are $350 amino acids in length, and comprise alternating tropomyosin-and actin-binding sites (TMBS1, ABS1, TMBS2, and ABS2). Leiomodins (Lmods) are related in sequence to Tmods, but display important differences, including most notably the lack of TMBS2 and the presence of a C-terminal extension featuring a proline-rich domain and an actin-binding WASP-Homology 2 domain. The Lmod subfamily comprises three somewhat divergent isoforms expressed predominantly in muscle cells. Biochemically, Lmods differ from Tmods, acting as powerful nucleators of actin polymerization, not capping proteins. Structurally, Lmods and Tmods display crucial differences that correlate well with their different biochemical activities. Physiologically, loss of Lmods in striated muscle results in cardiomyopathy or nemaline myopathy, whereas complete loss of Tmods leads to failure of myofibril assembly and developmental defects. Yet, interpretation of some of the in vivo data has led to the idea that Tmods and Lmods are interchangeable or, at best, different variants of two subfamilies of pointed-end capping proteins. Here, we review and contrast the existing literature on Tmods and Lmods, and propose a model of Lmod function that attempts to reconcile the in vitro and in vivo data, whereby Lmods nucleate actin filaments that are subsequently capped by Tmods during sarcomere assembly, turnover, and repair.

show abstract

“…Мы сопоставили параметры мо-дельных суперспиралей с параметрами аналогич-ных суперспиралей, пространственная структура которых известна: димерной формой тропомиозина (pdb-код 3u1a [22]), а также тримерной (pdb-код 3hfe [23]) и тетрамерной (pdb-код 3bj4 [10]) фор-мами C-концевого спирального фрагмента калие-вого канала Kv7.1 (табл. 1).…”

Section: результаты и обсуждениеunclassified

Molecular modeling of the tetramerization domain of human potassium channel Kv10.2 in different oligomeric states

Novoseletsky

Volyntseva

Шайтан

et al. 2017

Moscow Univ. Biol.Sci. Bull.

View full text Add to dashboard Cite

Потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2 экспрессируется в нервной систе-ме, однако его функции и участие в развитии болезней человека остаются мало изучен-ными. Мутации канала Kv10.2 были обнаружены при эпилептической энцефалопатии и аутизме. Моделирование пространственной структуры канала является важным инстру-ментом для получения информации о молекулярных аспектах его функционирования и механизмах, ответственных за патогенез. В настоящей работе выполнено молекулярное моделирование спирального фрагмента C-концевого домена канала Kv10.2 человека (hEAG2) в димерной, тримерной и тетрамерной формах. Стабильность всех форм под-тверждена расчётами методом молекулярной динамики. Выявлены контакты и взаимо-действия, стабилизирующие структуру.Ключевые слова: потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2, олигомеризация, суперспираль, молекулярное моделирование, молекулярная динамика Потенциал-управляемые калиевые каналы конт-ролируют перенос ионов K + через клеточную мемб-рану и играют ключевую роль в возбудимых и не-возбудимых клетках. Канал Kv10.2 (кодируемый геном KCNH5) принадлежит семейству ether-a-go-go (EAG) и экспрессируется в нервной системе [1].Мутации каналов семейства EAG вызывают нарушение синаптической пластичности и памяти [2]. Нарушения функционирования канала Kv10.2 наблюдались при развитии эпилептической энцефа-лопатии и аутистических расстройствах [3], а также в процессе возникновения и развития опухолей [2]. Несмотря на предпринятые попытки исследования канала Kv10.2, его функционирование в нервной системе и вовлеченность в развитие заболеваний че-ловека остаются недостаточно изученными [3,4].Анализ гена KCNH5, клонированного незадолго до завершения проекта "Геном человека" [5,6], показал, что канал Kv10.2 обладает топологией, сходной с другими калиевыми потенциал-управ-ляемыми каналами (Kv): шесть трансмембранных спиралей в каждой из четырёх субъединиц. Струк-тура цитоплазматического домена потенциал-управ-ляемых каналов сильно варьирует между различными семействами [7]. C-концевой домен необходим для корректной сборки тетрамерного канала [8], при-чём межспиральные взаимодействия определяют не только стабильность, но и селективность муль-тимеризации [9]. Показано, что С-концевой до-мен канала Kv7.1, гомологичного семейству EAG, имеет две функциональные части, причём прокси-мальная половина ответственна за экспрессию, сво-рачивание и проницаемость канала, а дистальная -за направление сворачивания и специфичность связывания с партнерами [10].Информация о пространственной структуре мембранных белков, в т.ч. ионных каналов, а также их комплексов с различными лигандами является важным условием для понимания механизмов функ-ционирования этих белков. До недавнего времени структура калиевых каналов семейства EAG была неизвестна, хотя и был предпринят ряд попыток моделирования [3,[11][12][13]. Теперь же ситуация ко-ренным образом изменилась, поскольку была рас-шифрована структура большей части гомологич-ного канала Kv10.1 (EAG1) [14], которая может быть использована для моделирования взаимодействия кан...

show abstract

Structural Analysis of Smooth Muscle Tropomyosin α and β Isoforms

Cited by 31 publications

References 54 publications

Electrostatic interaction map reveals a new binding position for tropomyosin on F-actin

Electrostatic interaction map reveals a new binding position for tropomyosin on F-actin

Tropomodulins and Leiomodins: Actin Pointed End Caps and Nucleators in Muscles

Molecular modeling of the tetramerization domain of human potassium channel Kv10.2 in different oligomeric states

Contact Info

Product

Resources

About