Faculté des sciences de base SB, Section de chimie et génie chimique (Laboratoire de résonance magnétique biomoléculaire LRMB)

Internal motions in biomolecules studied by NMR spectroscopy : an application to major urinary protein-1 and its complex with 2-methoxy-3-isobutylpyrazine

Perazzolo, Chiara ; Bodenhausen, Geoffrey (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3489.

Ajouter à la liste personnelle
    Summary
    Since many biological processes occur on the μs to ms time scale, internal dynamics on that time scale is believed to be related to biological functionality. The characterization of internal dynamics is thus an important issue to improve our understanding of the biological activity of macromolecules, such as proteins, RNA and DNA fragments. Solution NMR spectroscopy, in particular relaxation measurements, is well suited for the determination of exchange rates on that slow time scale. The formation of a small pheromone-protein complex is associated with some kind of internal rearrangements, necessary to accomodate the ligand. In this work, we are interested in the changes in internal dynamic upon the binding of a model odorant molecule, the 2-methoxy-3-isobutylpyrazine, to Major Urinary Protein I, MUP I. The study of the internal dynamics of both apo- and holo-MUP I has been carried out with the goal of monitoring the differences between the two states of the protein. In fact, impressive changes in chemical shifts are present between the two forms, indicating that some internal rearrangements have taken place. New and more classical experiments have been applied to MUP I in order to gain insight into the different types of motions that occurs at different time scales. The presence of chemical exchange has been identiτed in apo-MUP I using the classical Carr-Purcell-Meiboom-Gill experiment on single quantum 15N magnetisation. Surprisly, in holo-MUP I no presence of chemical exchange has been found, so in which time scale are the dynamics which leads to the release of the ligand in the environnment? Slow motions (ms-μs) in both apo- and holo-MUP I have been found using a new experiment, which highlight the presence of correlated motions in the backbone of proteins.
    Riassunto
    Riassunto Dato che molti processi biologici avvengono nell'intervallo che va dai micro ai millisecondi, si presuppone che la dinamica interna, in questo intervallo di tempi, sia legata alle funzioni biologiche. La caratterizzazione della dinamica interna diventa così di fondamentale importanza per la comprensione delle attività biologiche delle macromolecule, quali proteine, RNA e frammenti di DNA. La risonanza magnetica nucleare, NMR, ed in particolare la misura del rilassamento degli spin, ben si presta per la determinazione delle velocità dei moti presenti in questa scala di tempi. In particolare, la formazione di complessi tra una proteina e un feromone é associata a riarrangiamenti interni, necessari per il posizionamento del ligante. In questo lavoro, siamo interessati ai cambiamenti di dinamica interna a seguito della formazione del complesso tra la Proteina Urinaria Maggiore I, MUP I, e la 2-metossi-3-isobutilpirazina. Lo studio della mobilità interna della MUP I nelle sue forme con e senza legante, holo e apo, é stato condotto allo scopo di individuare eventuali differenze tra le due forme. Le prime signiτcative differenze sono state rilevate nella misura dei chemical shifts, differenze che fanno presupporre una modiτca della struttura interna. Nuovi e più classici esperimenti sono stati utilizzati per ottenere informazioni sui tipi di movimenti che avvengono in diverse scale di tempi. La presenza dello scambio chimico é stata individuata nella apo-MUP I usando l'esperimento di Carr-Purcell-Meiboom-Gill sulla magnetizzazione a singolo quanto dell'azoto, considerato un classico. Sorprendentemente, nella holo-MUP I non é stata trovata traccia dello scambio chimico, in quali scale di tempi si collocano i moti che permettono la liberazione del legante nell'ambiente? Movimenti lenti (μs-ms), che influenzano sia il chemical shit dell'azoto e del carbonio carbonilico nello scheletro della proteina in modo correlato o anticorrelato, sono stati evidenziati attraverso l'uso di un nuovo esperimento nelle due forme della proteina.