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G‐Protein‐gekoppelte Rezeptoren initiieren die Signaltransduktion nach Ligandenbindung. Gegenstand der Studie ist der Wachstumshormon‐Sekreteagogum‐Rezeptor (GHSR), der durch das Peptid Ghrelin aktiviert wird. Obwohl es Strukturen des GHSR in verschiedenen Stadien der Aktivierung gibt, wurde die molekulare Dynamik dieser Zustände bisher nicht beschrieben. Wir analysierten die Trajektorien von Molekulardynamiksimulationen mittels Detektoranalyse, um die Dynamik des Apo‐ und des Liganden‐gebundenen Zustands zu vergleichen. Diese Analyse liefert zeitskalenspezifische Bewegungsamplituden. Wir identifizierten Unterschiede in der Dynamik des Apo‐ und Ghrelin‐gebundenen Zustands, insbesondere in der extrazellulären Schleife 2 und den Transmembranhelices 5–7. Kernresonanz‐Spektren der Histidinreste im GHSR zeigten Unterschiede in den chemischen Verschiebungen dieser Regionen. Wir evaluierten zeitskalenspezifische Korrelationen der Bewegungen zwischen Ligand und Rezeptor und fanden Korrelationen zwischen den N‐terminalen Ghrelin‐Resten und dem Rezeptor, nicht aber für den C‐Terminus von Ghrelin. Eine Hauptkomponentenanalyse lieferte Rückschlüsse auf die Energielandschaft des GHSR. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

In oriented‐sample (OS) solid‐state NMR of membrane proteins, the angular‐dependent dipolar couplings and chemical shifts provide a direct input for structure calculations. However, so far only 1H–15N dipolar couplings and 15N chemical shifts have been routinely assessed in oriented 15N‐labeled samples. The main obstacle for extending this technique to membrane proteins of arbitrary topology has remained in the lack of additional experimental restraints. We have developed a new experimental triple‐resonance NMR technique, which was applied to uniformly doubly (15N, 13C)‐labeled Pf1 coat protein in magnetically aligned DMPC/DHPC bicelles. The previously inaccessible 1Hα–13Cα dipolar couplings have been measured, which make it possible to determine the torsion angles between the peptide planes without assuming α‐helical structure a priori. The fitting of three angular restraints per peptide plane and filtering by Rosetta scoring functions has yielded a consensus α‐helical transmembrane structure for Pf1 protein. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

In their Research Article (e202302003), Daniel Huster et al. analyze the dynamics of the human growth hormone secretagogue receptor. The study reveals insights into the energy landscape of the molecule. Keywords: Detektoranalyse; GPCR; Membranproteine; Molekulare Dynamik; NMR-Spektroskopie DE Detektoranalyse GPCR Membranproteine Molekulare Dynamik NMR-Spektroskopie 1 1 1 08/23/23 20230828 NES 230828 B Membrane Proteins b . [Extracted from the article]

Polymer-based nanodiscs are valuable tools in biomedical research that can offer a detergent-free solubilization of membrane proteins maintaining their native lipid environment. Herein, we introduce a novel ca. 1.6 kDa SMA-based polymer with styrene:maleic acid moieties that can form nanodiscs containing a planar lipid bilayer which are useful to reconstitute membrane proteins for structural and functional studies. The physicochemical properties and the mechanism of formation of polymer-based nanodiscs are characterized by light scattering, NMR, FT-IR, and TEM. A remarkable feature is that nanodiscs of different sizes, from nanometer to sub-micrometer diameter, can be produced by varying the lipid-to-polymer ratio. The small-size nanodiscs (up to ca. 30 nm diameter) can be used for solution NMR spectroscopy studies whereas the magnetic-alignment of macro-nanodiscs (diameter of > ca. 40 nm) can be exploited for solid-state NMR studies on membrane proteins. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

G-protein-coupled-receptors (GPCRs) are of fundamental importance for signal transduction through cell membranes. This makes them important drug targets, but structure-based drug design (SBDD) is still hampered by the limitations for structure determination of unmodified GPCRs. We show that the interligand NOEs for pharmacophore mapping (INPHARMA) method can provide valuable information on ligand poses inside the binding site of the unmodified human A2A adenosine receptor reconstituted in nanodiscs. By comparing experimental INPHARMA spectra with back-calculated spectra based on ligand poses obtained from molecular dynamics simulations, a complex structure for A2AR with the low-affinity ligand 3-pyrrolidin-1-ylquinoxalin-2-amine was determined based on the X-ray structure of ligand ZM-241,358 in complex with a modified A2AR. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Paramagnetische Metallionen liefern strukturelle Informationen, sowohl in EPR ‐ als auch in Festkörper ‐ NMR ‐ Experimenten, und ermöglichen einen vielversprechenden synergetischen Ansatz zum Studium von Biomakromolekülen. Wir demonstrieren die spektralen Konsequenzen einer Mg2+/Mn2+ ‐ Substitution und den daraus resultierenden Informationsgehalt für zwei verschiedene ATP:Mg2+ ‐ angetriebene Proteinmaschinen, einer im bakteriellen Replisom aktiven DnaB ‐ Helikase von Helicobacter pylori und dem ABC ‐ Transporter BmrA, einer bakteriellen Effluxpumpe. EPR ‐ Spektren belegen die Metallbindung und liefern Informationen über die Geometrie der Metallzentren in den Proteinen, und die in den NMR ‐ Spektren identifizierten paramagnetischen Relaxationsbeschleunigungen ermöglichen die Lokalisierung von Resten an der Bindungsstelle. Proteinmaschinen sind ubiquitär, und die hier beschriebenen Methoden sollten in einem breiten Kontext angewendet werden können. Spektren ändern sich als Folge einer Mg2+/Mn2+ ‐ Substitution in zwei verschiedenen ATP:Mg2+ ‐ angetriebenen Proteinmaschinen: einer DnaB ‐ Helikase und dem ABC ‐ Transporter BmrA. Während EPR ‐ Studien das Binden des Metalls bestätigen und Informationen über die Geometrie der Metallzentren liefern, identifizieren paramagnetische Relaxationsbeschleunigungen in NMR ‐ Studien die Reste an der Bindungsstelle. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Struktur, Dynamik und Funktion von Membranproteinen sind eng verknüpft mit den Eigenschaften der Membranumgebung, in die sie eingebettet sind. Im Allgemeinen müssen Membranproteine für strukturelle und biophysikalische Untersuchungen aber aus der Membran extrahiert und in einem geeigneten Membranmimetikum rekonstituiert werden. Ob die funktionelle und strukturelle Integrität in solchen künstlichen Umgebungen erhalten bleibt, ist oft nicht leicht zu evaluieren, aber für die Interpretation von höchster Wichtigkeit. Das Styrol ‐ Maleinsäure ‐ Copolymer ermöglicht es, Membranproteine mit den umgebenden Lipiden direkt aus nativen Membranen zu extrahieren. Die resultierenden scheibenförmigen Proteolipid ‐ Partikel werden auch native Nanoscheiben genannt. Wir zeigen hier, am Beispiel des 2×34 kDa großen bakteriellen Kationendiffusionsunterstützers CzcD, dass hochaufgelöste Festkörper ‐ NMR ‐ Spektren von integralen Membranproteinen in nativen Nanoscheiben erhalten werden können. Hochaufgelöste Festkörper ‐ NMR ‐ Spektren können für ein Membranprotein erhalten werden, das direkt mittels Styrol ‐ Maleinsäure ‐ Copolymer aus der Membran extrahiert wurde und native Nanoscheiben bildet. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Für strukturelle und dynamische Untersuchungen von Membranproteinen werden heutzutage Tenside eingesetzt, in denen die strukturelle Integrität der Membranproteine meistens erhalten bleibt, ihre Funktionalität jedoch oft eingeschränkt wird. Diese Funktionalität kann in den meisten Fällen in einer Lipidumgebung wiederhergestellt werden. Hier zeigen wir mit Aminosäuren-spezifischer Auflösung, dass OmpX eine stabile β-Fass-3D-Struktur sowohl in DPC-Tensidmizellen als auch in DHPC/DMPC-Bizellen und DMPC-Nanoscheiben bilden kann. Die Dynamiken dagegen unterscheiden sich stark im Piko/Nanosekunden- und im Mikro/Millisekundenbereich zwischen der Tensid- und Lipidumgebung. Vor allem in den β-Strängen konnte eine hohe dynamische Variabilität für die Lipidumgebung festgestellt werden, die in der Tensidumgebung nicht vorhanden war. Dieses membranabhängige Verhalten könnte einen Zusammenhang für den häufig auftretenden Aktivitätsverlust von Membranproteinen in Gegenwart von Tensiden aufzeigen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Cytochrome (cyt) c transports electrons from Complex III to Complex IV in mitochondria. Cyt c is ordinarily anchored to the mitochondrial membrane through interaction with cardiolipin (CL), however its release into the cytosol initiates apoptosis. The cyt c interaction site with CL-containing bicelles was characterized by NMR spectroscopy. Chemical shift perturbations in cyt c signals upon interaction with bicelles revealed that a relatively wide region, which includes the A-site, the CXXCH motif, and the N- and C-terminal helices, and contains multiple Lys residues, interacts cooperatively with CL. The specific cyt c-CL interaction increased with increasing CL molecules in the bicelles. The location of the cyt c interaction site for CL was similar to those for Complex III and Complex IV, thus indicating that cyt c recognizes lipids and partner proteins in a similar way. In addition to elucidating the cyt c membrane-binding site, these results provide insight into the dynamic aspect of cyt c interactions in mitochondria. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Dengue virus nonstructural protein 4B (NS4B) is a membrane protein consisting of 248 residues with a crucial role in virus replication and interference with the host innate immunity. The dengue virus serotype 3 NS4B was reconstituted into lyso-myristoyl phosphatidylglycerol (LMPG) micelles. Backbone resonance assignment of NS4B was obtained using conventional solution NMR experiments. Further studies suggested that NS4B contained eleven helices and six of them form five potential transmembrane regions. This study provides atomic level information for an important drug target to control flavivirus infections. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

15N‐Spinrelaxationsraten können wichtige Informationen über Fernstruktur und interne Bewegungen von Membranproteinen bereitstellen. Kombiniert mit einem verbesserten Berechnungsprotokoll offenbart die mittels Relaxationsraten abgeleitete Struktur des 283 Reste umfassenden humanen spannungsabhängigen Anionenkanals ein anisotrop geformtes Fass mit einer fest verankerten N‐terminalen Helix. Diese Arbeit eröffnet somit einen NMR‐spektroskopischen Ansatz, um die Struktur und Dynamik von Membranproteinen der Säugetiere mit hoher Exaktheit und Auflösung zu bestimmen. Entspann dich! Mithilfe von 15N‐Spinrelaxation lässt sich die dreidimensionale Struktur komplexer Membranproteine ermitteln. Die von Relaxationsraten abgeleitete Struktur des humanen spannungsabhängigen Anionenkanals zeigt einzigartige Merkmale eines anisotrop geformten Fasses mit einer fest verankerten N‐terminalen Helix. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

β-barrel membrane proteins are key components of the outer membrane of bacteria, mitochondria and chloroplasts. Their three-dimensional structure is defined by a network of backbone hydrogen bonds between adjacent β-strands. Here, we employ hydrogen-deuterium (H/D) exchange in combination with NMR spectroscopy and mass spectrometry to monitor backbone hydrogen bond formation during folding of the outer membrane protein X (OmpX) from E. coli in detergent micelles. Residue-specific kinetics of interstrand hydrogen-bond formation were found to be uniform in the entire β-barrel and synchronized to formation of the tertiary structure. OmpX folding thus propagates via a long-lived conformational ensemble state in which all backbone amide protons exchange with the solvent and engage in hydrogen bonds only transiently. Stable formation of the entire OmpX hydrogen bond network occurs downhill of the rate-limiting transition state and thus appears cooperative on the overall folding time scale. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

NMR spectroscopy is used to detect site-specific intermolecular short-range contacts in a membrane-protein-chaperone complex. This is achieved by an 'orthogonal' isotope-labeling scheme that permits the unambiguous detection of intermolecular NOEs between the well-folded chaperone and the unfolded substrate ensemble. The residues involved in these contacts are part of the chaperone-substrate contact interface. The approach is demonstrated for the 70 kDa bacterial Skp-tOmpA complex. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

The article discusses a study which presented high-resolution structural insight into the ligand-free form of multidrug resistance (MDR) transporter EmrE in lipid bilayers. The study demonstrated that the ligand-free form of EmrE is an anti-parallel dimer with asymmetric tilt angles relative to the lipid bilayer normal.

Mikrospulen ‐ NMR ‐ Messungen wurden durchgeführt, um die Zusammensetzung von detergenshaltigen β2 ‐ Adrenozeptor ‐ Lösungen (β2AR) zu bestimmen und die hydrodynamischen Eigenschaften der β2AR ‐ Detergensmicellen (siehe Bild) zu untersuchen. Es werden Standards zur reproduzierbaren Herstellung von Lösungen G ‐ Protein ‐ gekoppelter Rezeptoren für Kristallisationsversuche und Flüssig ‐ NMR ‐ Untersuchungen etabliert. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Cytochrome P450s (P450s) are a superfamily of enzymes responsible for the catalysis of a wide range of substrates. Dynamic interactions between full-length membrane-bound P450 and its redox partner cytochrome b5 (cyt b5) have been found to be important for the enzymatic activity of P450. However, the stability of the circa 70 kDa membrane-bound complex in model membranes renders high-resolution structural NMR studies particularly difficult. To overcome these challenges, reconstitution of the P450-cyt b5 complex in peptide-based nanodiscs, containing no detergents, has been demonstrated, which are characterized by size exclusion chromatography and NMR spectroscopy. In addition, NMR experiments are used to identify the binding interface of the P450-cyt b5 complex in the nanodisc. This is the first successful demonstration of a protein-protein complex in a nanodisc using NMR structural studies and should be useful to obtain valuable structural information on membrane-bound protein complexes. [ABSTRACT FROM AUTHOR]