1. Membrane-bound human orphan cytochrome P450 2U1: Sequence singularities, construction of a full 3D model, and substrate docking
- Author
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Nicolas Pietrancosta, Jean-Luc Boucher, Daniel Mansuy, Gabriella Jonasson, Lionel Ducassou, François André, Laura Dhers, Laboratoire de Chimie et de Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques (LCBPT - UMR 8601), Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie Physique D'Orsay (LCPO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM), Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Systèmes glutamatergiques normaux et pathologiques = Normal and Pathologic Glutamatergic Neurons (NPS), Neuroscience Paris Seine (NPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Analyse, Interactions Moléculaires et Cellulaires (LBM-E2), Laboratoire des biomolécules (LBM UMR 7203), Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences du Vivant Frédéric JOLIOT (JOLIOT), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), French 'Ministere de l'Education et de la Recherche', University Paris Descartes, Laboratoire de Chimie et de Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques ( LCBPT - UMR 8601 ), Université Paris Descartes - Paris 5 ( UPD5 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Chimie Physique D'Orsay ( LCPO ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Biologie du Développement de Marseille ( IBDM ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut des Sciences du Vivant Frédéric JOLIOT ( JOLIOT ), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) ( DRF (CEA) ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay, Université Paris Descartes - 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- Subjects
0301 basic medicine ,Saccharomyces cerevisiae Proteins ,Stereochemistry ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Saccharomyces cerevisiae ,Biochemistry ,Conserved sequence ,Hydroxylation ,Structure-Activity Relationship ,03 medical and health sciences ,chemistry.chemical_compound ,0302 clinical medicine ,Cytochrome P-450 Enzyme System ,Humans ,Cytochrome P450 Family 2 ,Heme ,POPC ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,chemistry.chemical_classification ,Arachidonic Acid ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,biology ,Cytochrome P450 ,Membranes, Artificial ,General Medicine ,Amino acid ,Molecular Docking Simulation ,030104 developmental biology ,chemistry ,Structural Homology, Protein ,Docking (molecular) ,Helix ,Phosphatidylcholines ,biology.protein ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
Background Human cytochrome P450 2U1 (CYP2U1) is an orphan CYP that exhibits several distinctive characteristics among the 57 human CYPs with a highly conserved sequence in almost all living organisms. Methods We compared its protein sequence with those of the 57 human CYPs and constructed a 3D structure of a full-length CYP2U1 model bound to a POPC membrane. We also performed docking experiments of arachidonic acid (AA) and N-arachidonoylserotonin (AS) in this model. Results The protein sequence of CYP2U1 displayed two unique characteristics when compared to those of the human CYPs, the presence of a longer N-terminal region upstream of the putative trans-membrane helix (TMH) containing 8 proline residues, and of an insert of about 20 amino acids containing 5 arginine residues between helices A′ and A. Its N-terminal part upstream of TMH involved an additional short terminal helix, in a manner similar to what was reported in the crystal structure of Saccharomyces cerevisiae CYP51. Our model also showed a specific interaction between the charged residues of insert AA′ and phosphate groups of lipid polar heads, suggesting a possible role of this insert in substrate recruitment. Docking of AA and AS in this model showed these substrates in channel 2ac, with the terminal alkyl chain of AA or the indole ring of AS close to the heme, in agreement with the reported CYP2U1-catalyzed AA and AS hydroxylation regioselectivities. Major conclusion and general significance This model should be useful to find new endogenous or exogenous CYP2U1 substrates and to interpret the regioselectivity of their hydroxylation.
- Published
- 2017