Protein kinase CKII is composed of two catalytic ($\alpha$ or $\alpha$') subunits and two regulatory ($\beta$) subunits. The $CKII{\beta}$ subunit is thought to mediate the tetramer formation and interact with other target proteins. However, its physiological function remains obscure. In this study, point mutants of $CKII{\beta}$ that are defective for the L41 binding were isolated by using the reverse two-hybrid system. A sequence analysis of the point mutants revealed that Asp-26, Met-52, and Met-78 of $CKII{\beta}$ are critical for L41 binding; Asn-67 (and/or Lys-139) and Met-52 are important for $CKII{\beta}$ homodimerization. Two point mutants, R75 and R83, of $CKII{\beta}$ interacted with L5, topoisomerase $II{\beta}$, and CKBBP1/SAG, but not with the wild-type $CKII{\beta}$. This indicates that $CKII{\beta}$ homodimerization is not a prerequisite for its binding to target proteins. These $CKII{\beta}$ point mutants may be useful in exploring the biochemical physiological functions of $CKII{\beta}$.
The transient interactions between cellular components, particularly on membrane surfaces, are critical in the proper function of many biochemical reactions. For example, many signaling pathways involve dimerization, oligomerization, or other types of clustering of signaling proteins as a key step in the signaling cascade. However, it is often experimentally challenging to directly observe and characterize the molecular mechanisms such interactions-the greatest difficulty lies in the fact that living cells have an unknown number of background processes that may or may not participate in the molecular process of interest, and as a consequence, it is usually impossible to definitively correlate an observation to a well-defined cellular mechanism. One of the experimental methods that can quantitatively capture these interactions is through membrane reconstitution, whereby a lipid bilayer is fabricated to mimic the membrane environment, and the biological components of interest are systematically introduced, without unknown background processes. This configuration allows the extensive use of fluorescence techniques, particularly fluorescence fluctuation spectroscopy and single-molecule fluorescence microscopy. In this review, we describe how the equilibrium diffusion of two proteins, K-Ras4B and the PH domain of Bruton's tyrosine kinase (Btk), on fluid lipid membranes can be used to determine the kinetics of homodimerization reactions.
Toll-like receptors (TLRs) play a critical role in sensing microbial components and inducing innate immune and inflammatory responses by recognizing invading microbial pathogens. Lipopolysaccharide-induced dimerization of TLR4 is required for the activation of downstream signaling pathways including nuclear factor-kappa B ($NF-{\kappa}B$). Therefore, TLR4 dimerization may be an early regulatory event in activating ligand-induced signaling pathways and induction of subsequent immune responses. Here, we report biochemical evidence that 6-shogaol, the most bioactive component of ginger, inhibits lipopolysaccharide-induced dimerization of TLR4 resulting in the inhibition of $NF-{\kappa}B$ activation and the expression of cyclooxygenase-2. Furthermore, we demonstrate that 6-shogaol can directly inhibit TLR-mediated signaling pathways at the receptor level. These results suggest that 6-shogaol can modulate TLR-mediated inflammatory responses, which may influence the risk of chronic inflammatory diseases.
The nucleocapsid (N) protein of porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is a basic multifunctional protein which has been reported to be a serine phosphoprotein with yet-identified functions. As a first step towards understanding the general role of N protein phosphorylation during virus replication, the non-phosphorylated mutant N gene was constructed by mutating all serine residues to alanine. This recombinant N protein was identified to be unphosphorylated, confirming that serine residues truly function as core amino acids responsible for N protein phosphorylation. The PRRSV N protein has been shown to possess the biological features of nuclear localization and N-N homodimerization which individually play critical roles in virus infection. In the present study, therefore, it was attempted to investigate whether these two properties of the N protein are modulated by its phosphorylation status. However, experimental results showed that the non-phosphorylated N protein was still present in the nucleus and nucleolus, and was able to associate with itself by non-covalent interactions. Taken together, the data suggest phosphorylation-independent regulation of N protein nuclear transport or oligomerization, thereby implying the potential involvement of phosphorylation in regulating the activities of the N protein at other levels including RNA-binding capacity.
Kim, Tae-Hyun;Lee, Jae-Yong;Kang, Beom Sik;Bae, Young-Seuk
Molecules and Cells
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v.19
no.1
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pp.124-130
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2005
Protein kinase CKII is composed of two catalytic (${\alpha}$ or ${\alpha}^{\prime}$) subunits and two regulatory (${\beta}$) subunits. The ${\beta}$ subunit mediates tetramer formation through ${\beta}-{\beta}$ homodimerization and ${\alpha}-{\beta}$ heterodimerization. In a previous study R26 and R75, point mutants of $CKII{\beta}$ defective in ${\beta}-{\beta}$ dimerization, were isolated. In the present work we characterized these $CKII{\beta}$ mutants in vitro. Purified R26 and R75 bound to $CKII{\alpha}$ but were defective in binding to $CKII{\beta}$. R75 stimulated the catalytic activity of CKII whereas R26 gave little stimulation, and poly-L-lysine increased the stimulation of catalytic activity by R26 or R75. Circular dichroism and intrinsic fluorescence data pointed to different conformational changes in R26 and R75. Molecular modeling of these mutants provides an explanation of the difference in their ability to interact with $CKII{\beta}$ and to activate $CKII{\alpha}$.
Two O-methyltransferases, OMTII-1 and OMTII-4 of meadow rue Thalictrum tuberosum showed a high sequence identity. Of 364 amino acids only one residue is not the same, which is Tyr21 or Cys21. Even if the 21st residues in these OMTs are not included in the binding sites of the enzymes, binding affinities of the enzyme homodimers over the same substrate are very different. While the binding affinity of one homodimer over caffeic acid is 100%, that of the other is 25%. Authors tried to predict the three-dimensional structures of Thalictrum tuberosum O-methyltransferases using homology-based modelling by a comparison with caffeic acid O-methyltransferase, and explain the reason of the phenomenon mentioned above based on their three dimensional structural studies. In the enzyme homodimer, the better binding affinity may be caused by the shorter distance between the 21st residue and the binding site of the other monomer.
You, Dong-Joo;Park, Cho Rong;Mander, Sunam;Ahn, Curie;Seong, Jae Young;Hwang, Jong-Ik
Molecules and Cells
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v.39
no.5
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pp.403-409
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2016
NME1 is a well-known metastasis suppressor which has been reported to be downregulated in some highly aggressive cancer cells. Although most studies have focused on NME1, the NME1 gene also encodes the protein (NME1L) containing N-terminal 25 extra amino acids by alternative splicing. According to previous studies, NME1L has potent anti-metastatic activity, in comparison with NME1, by interacting with $IKK{\beta}$ and regulating its activity. In the present study, we tried to define the role of the N-terminal 25 amino acids of NME1L in $NF-{\kappa}B$ activation signaling. Unfortunately, the sequence itself did not interact with $IKK{\beta}$, suggesting that it may be not enough to constitute the functional structure. Further construction of NME1L fragments and biochemical analysis revealed that N-terminal 84 residues constitute minimal structure for homodimerization, $IKK{\beta}$ interaction and regulation of $NF-{\kappa}B$ signaling. The inhibitory effect of the fragment on cancer cell migration and $NF-{\kappa}B$-stimulated gene expression was equivalent to that of whole NME1L. The data suggest that the N-terminal 84 residues may be a core region for the anti-metastatic activity of NME1L. Based on this result, further structural analysis of the binding between NME1L and $IKK{\beta}$ may help in understanding the anti-metastatic activity of NME1L and provide direction to NME1L and $IKK{\beta}$-related anti-cancer drug design.
A gene (GT-SM3B) encoding a thermostable secreted oligoendopeptidase (GT-SM3B) was cloned from the thermophile Geobacillus thermoleovorans DSM 15325. GT-SM3B is 1,857 bp in length and encodes a single-domain protein of 618 amino acids with a 23-residue signal peptide having a calculated mass of 67.7 kDa after signal cleavage. The deduced amino acid sequence of GT-SM3B contains a conservative zinc metallopeptidase motif (His400-Glu401-X-XHis404). The described oligopeptidase belongs to the M3B subfamily of metallopeptidases and displays the highest amino acid sequence identity (40.3%) to the oligopeptidase PepFBa from mesophilic Bacillus amyloliquefaciens 23-7A among the characterized oligopeptidases. Secretory production of GT-SM3B was used, exploiting successful oligopeptidase signal peptide recognition by Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant enzyme was purified from the culture fluid. Homodimerization of GT-SM3B was determined by SDS-PAGE. Both the homodimer and monomer were catalytically active within a pH range of 5.0–8.0, at pH 7.3 and 40℃, showing the Km, Vmax, and kcat values for carbobenzoxy-Gly-Pro-Gly-Gly-Pro-Ala-OH peptidolysis to be 2.17 ± 0.04 × 10-6 M, 2.65 ± 0.03 × 10-3 µM/min, and 5.99 ± 0.07 s-1, respectively. Peptidase remained stable at a broad pH range of 5.0–8.0. GT-SM3B was thermoactive, demonstrating 84% and 64% of maximum activity at 50℃ and 60℃, respectively. The recombinant oligopeptidase is one of the most thermostable M3B peptidase, retaining 71% residual activity after incubation at 60℃ for 1 h. GT-SM3B was shown to hydrolyze a collagenous peptide mixture derived from various types of collagen, but less preferentially than synthetic hexapeptide. This study is the first report on an extracellular thermostable metallo-oligopeptidase.
Cationic liposomes have been actively used as gene delivery vehicle because of their minimal toxicity, but their relatively low efficiency of gene delivery is the major disadvantage of these vectors. Recently, cysteine residue incorporation to HIV-1 Tat peptide increased liposomemediated transfection compared with unmodified Tat peptide. Therefore, we designed a novel modified Tat peptide having a homodimeric (Tat-CTHD, Tat-NTHD) and closed structure (cyclic Tat) simply by using the disulfide bond between cysteines to develop a more efficient and safe nonviral gene delivery system. The mixing of Tat-CTHD and Tat-NTHD with DNA before mixing with lipofectamine increased the transfection efficiency compared with unmodified Tat peptide and lipofectamine only in MCF-7 breast cancer cells and rat vascular smooth muscle cells. However, cyclic Tat did not show any improvement in the transfection efficiency. In the gel retardation assay, Tat-CTHD and Tat-NTHD showed more strong binding with DNA than unmodified Tat and cyclic Tat peptide. This enhancement was only shown when Tat-CTHD and Tat-NTHD were mixed with DNA before mixing with lipofectamine. The effects of Tat- CTHD and Tat-NTHD were also valid in the experiment using DOTAP and DMRIE instead of lipofectamine. We could not find any significant cytotoxicity in the working concentration and more usage of these peptides. In conclusion, we have designed a novel transfection-enhancing peptide by easy homodimerization of Tat peptide, and the simple mix of these novel peptides with DNA increased the gene transfer of cationic lipids more efficiently with no additional cytotoxicity.
Lee, Jeon-Soo;Lee, Joo Young;Lee, Mi Young;Hwang, Daniel H.;Youn, Hyung Sun
Molecules and Cells
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v.25
no.2
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pp.253-257
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2008
Acrolein is a highly electrophilic ${\alpha},{\beta}$-unsaturated aldehyde present in a number of environmental sources, especially cigarette smoke. It reacts strongly with the thiol groups of cysteine residues by Michael addition and has been reported to inhibit nuclear $factor-{\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) activation by lipopolysaccharide (LPS). The mechanism by which it inhibits $NF-{\kappa}B$ is not clear. Toll-like receptors (TLRs) play a key role in sensing microbial components and inducing innate immune responses, and LPS-induced dimerization of TLR4 is required for activation of downstream signaling pathways. Thus, dimerization of TLR4 may be one of the first events involved in activating TLR4-mediated signaling pathways. Stimulation of TLR4 by LPS activates both myeloid differential factor 88 (MyD88)- and TIR domain-containing adapter inducing $IFN{\beta}$ (TRIF)-dependent signaling pathways leading to activation of $NF-{\kappa}B$ and IFN-regulatory factor 3 (IRF3). Acrolein inhibited $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation by LPS, but it did not inhibit $NF-{\kappa}B$ or IRF3 activation by MyD88, inhibitor ${\kappa}B$ kinase $(IKK){\beta}$, TRIF, or TNF-receptor-associated factor family member-associated $NF-{\kappa}B$ activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1). Acrolein inhibited LPS-induced dimerization of TLR4, which resulted in the down-regulation of $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation. These results suggest that activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by endogenous molecules or chronic infection can be modulated by certain chemicals with a structural motif that enables Michael addition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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