Strukturní role elektrostatických interakcí v C-terminální doméně podjednotky delta RNA polymerasy bakterie Bacillus subtilis

Bc. Hana Štégnerová

Master's thesis

Structural role of electrostatic interactions in C-terminal domain of delta subunit of RNA polymerase from Bacillus subtilis

Abstract:

Delta podjednotka je součástí enzymu RNA polymerasy výhradně Gram pozitivních bakterií. Je to postradatelná část RNA polymerasy, nicméně je potřebná pro přežití buněk v kompetitivním prostředí. Delta podjednotka je částečně neuspořádaný protein, který se skládá ze dvou domén. N-terminální doména je strukturovaná, zatímco C-terminální doména je vnitřně neuspořádaná. C-terminální doména obsahuje mnohonásobné repetice negativně nabitých zbytků kyseliny glutamové a asparagové, které na polypeptidovém řetězci generují elektrostatickou repulzi. C-terminální doména také obsahuje konzervovaný úsek s pozitivně nabitými zbytky lyzinu, takzvaný lyzinový trakt. Předchozí studie delta podjednotky odhalily přechodný elektrostatický kontakt mezi pozitivně nabitým lyzinovým traktem a negativně nabitými zbytky v C-terminální doméně. V této diplomové práci se zabýváme popisem role elektrostatických interakcí v konformačním chování delta podjednotky. Za účelem pozorování vlivu elektrostatickým interakcí byl lyzinový trakt zaměněn za negativně nabité zbytky kyseliny glutamové. Případné změny v konformačním chování delta podjednotky byly pozorovány za použití nukleární magnetické rezonance. Mezi sledované parametry patřily chemické posuny, zbytkové dipolární interakce, zrychlení relaxace v důsledku paramagnetické interakce (paramagnetic relaxation enhancement) a relaxační rychlosti. Výsledky analýzy potvrdily, že elektrostatické interakce jsou zdrojem částečného uspořádání v C-terminální doméně a řídí její konformační chování. Navíc také zprostředkovávají mezidoménový kontakt mezi negativně nabitým C-terminálním řetězcem a specifickými oblastmi v uspořádané N-terminální doméně. Bylo zjištěno, že elektrostatické interakce v neuspořádané doméně jsou nezbytné pro správné konformační chování celého proteinu delta podjednotky.

Abstract:

The delta subunit is a unique part of RNA polymerase of Gram positive bacteria. It is a dispensable subunit of RNA polymerase, however the delta subunit is required for fitness of the cells in the competitive environment. The delta subunit is a partially disordered protein, which comprises two domains. The N-terminal domain is well folded, whereas the C-terminal domain is intrinsically disordered. The C-terminal domain contains multiple repetitions of negatively charged glutamic and aspartic acid residues, generating electrostatic repulsion in the polypeptide chain. Additionally, the conserved lysine stretch with positive charge is present in the C-terminal domain. Previous structural studies of the delta subunit revealed transient electrostatic interactions between the lysine stretch and the negatively charged residues in the C-terminal domain. In my diploma thesis I focused on description of the role of these electrostatic interaction in the conformational behaviour of the delta subunit. In order to investigate the impact of electrostatic interactions, the positively charged lysine stretch was replaced by negatively charged glutamate residues. The potential changes in the conformational behaviour were monitored by nuclear magnetic resonance. The observed structural parameters were chemical shifts, residual dipolar coupling, paramagnetic relaxation enhancement and relaxation rates. Our investigation confirmed that electrostatic interactions are the source of the partial ordering in the C-terminal domain and govern its conformational behaviour. Moreover the electrostatic interactions in the flexible C-terminal domain mediate the interdomain contact of the negatively charged C-terminal tail with specific regions in the well folded N-terminal domain. These results revealed that the electrostatic interactions in the disordered domain are crucial for the proper conformational behaviour of the whole delta subunit.

Keywords

NMR, delta podjednotka RNA polymerasy, IDP, elektrostatické interakce, RDC, relaxace, PRE, delta subunit of RNA polymerase, electrostatic interactions, relaxations

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 12. 6. 2017
• Supervisor: prof. Mgr. Lukáš Žídek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry