Evolutionary Analysis As a Powerful Complement to Energy Calculations for Protein Stabilization

BEERENS, Koen; Stanislav MAZURENKO; Antonín KUNKA; Sérgio Manuel MARQUES; N. HANSEN; Miloš MUSIL; Radka CHALOUPKOVÁ; Jitka WATERMAN; Jan BREZOVSKÝ; David BEDNÁŘ; Zbyněk PROKOP a Jiří DAMBORSKÝ. Evolutionary Analysis As a Powerful Complement to Energy Calculations for Protein Stabilization. ACS Catalysis. WASHINGTON: AMER CHEMICAL SOC, 2018, roč. 8, č. 10, s. 9420-9428. ISSN 2155-5435. Dostupné z: https://doi.org/10.1021/acscatal.8b01677.

Základní údaje

Originální název

Evolutionary Analysis As a Powerful Complement to Energy Calculations for Protein Stabilization

Autoři

BEERENS, Koen; Stanislav MAZURENKO; Antonín KUNKA; Sérgio Manuel MARQUES; N. HANSEN; Miloš MUSIL; Radka CHALOUPKOVÁ; Jitka WATERMAN; Jan BREZOVSKÝ; David BEDNÁŘ; Zbyněk PROKOP a Jiří DAMBORSKÝ

Vydání

ACS Catalysis, WASHINGTON, AMER CHEMICAL SOC, 2018, 2155-5435

---

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10608 Biochemistry and molecular biology

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

URL

Impakt faktor

Impact factor: 12.221

Označené pro přenos do RIV

Ano

Kód RIV

RIV/00216224:14310/18:00101752

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

https://doi.org/10.1021/acscatal.8b01677

UT WoS

000447224100051

EID Scopus

2-s2.0-85053636839

Klíčová slova anglicky

protein stabilization; thermostability; evolutionary analysis; force-field calculations; computational tools; entropy; enthalpy; thermodynamic integration

---

Anotace

V originále

Stability is one of the most important characteristics of proteins employed as biocatalysts, biotherapeutics, and biomaterials, and the role of computational approaches in modifying protein stability is rapidly expanding. We have recently identified stabilizing mutations in haloalkane dehalogenase DhaA using phylogenetic analysis but were not able to reproduce the effects of these mutations using force-field calculations. Here we tested four different hypotheses to explain the molecular basis of stabilization using structural, biochemical, biophysical, and computational analyses. We demonstrate that stabilization of DhaA by the mutations identified using the phylogenetic analysis is driven by both entropy and enthalpy contributions, in contrast to primarily enthalpy-driven stabilization by mutations designed by the force-field Comprehensive bioinformatics analysis revealed that more than half (53%) of 1 099 evolution-based stabilizing mutations would be evaluated as destabilizing by force-field calculations. Thermodynamic integration considers both folded and unfolded states and can describe the entropic component of stabilization, yet it is not suitable for predictive purposes due to its high computational demands. Altogether, our results strongly suggest that energetic calculations should be complemented by a phylogenetic analysis in protein-stabilization endeavors.

---

Návaznosti

EE2.3.30.0037, projekt VaV	Název: Zaměstnáním nejlepších mladých vědců k rozvoji mezinárodní spolupráce
GAP503/12/0572, projekt VaV	Název: Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentálního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím Investor: Grantová agentura ČR, Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentlního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím
GA17-24321S, projekt VaV	Název: Studium hydratace a flexibility enzymů pomocí pokročilých strukturních a biofyzikálních metod Investor: Grantová agentura ČR, Studium hydratace a flexibility enzymů pomocí pokročilých strukturních a biofyzikálních metod
LM2015047, projekt VaV	Název: Česká národní infrastruktura pro biologická data (Akronym: ELIXIR-CZ) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Česká národní infrastruktura pro biologická data
LM2015051, projekt VaV	Název: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX RI) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Výzkumná infrastruktura RECETOX
LM2015055, projekt VaV	Název: Centrum pro systémovou biologii (Akronym: C4SYS) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, The national infrastructure C4SYS - Centre for Systems Biology
LO1214, projekt VaV	Název: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí
4SGA8519, interní kód MU	Název: Rational design and engineering of enzyme gates (Akronym: BIOGATE) Investor: Jihomoravský kraj, Rational design and engineering of enzyme gates, Granty pro zahraniční vědce