Published 2011 | Version v1
Miscellaneous

Paramagnetic relaxation enhancements in NMR peptide-membrane interaction studies

Description

Small membrane-bound proteins or peptides are involved in numerous essential biological processes, like cellular recognition, signaling, channel formation, and cytolysis. The secondary structure, orientation, mode of interaction and dynamics of these peptides can be as varied as their functions. Their localization in the membrane, the immersion depth, and their binding mode are factors critical to the function of these peptides. The atomic 3D solution structure of peptides bound to micelles can be determined by NMR spectroscopy. However, by employing paramagnetic relaxation enhancements (PREs) information on the complete topology of peptide bound to a micelle can be obtained. The antimicrobial peptide maximin H6, fst, a bacterial toxin, and the human peptide hormone ghrelin served as membrane-bound model peptides of similar sizes but strongly differing amino acid sequences. Their structures and binding behavior were determined and compared.The measured PREs provided suitable data for determining and distinguishing the different topologies of the investigated peptides bound to micelles. Maximin H6 and fst fold into α-helices upon insertion into a membrane, whereas the unstructured ghrelin is freely mobile in solution and interacts only via a covalently bound octanoyl group with the lipids. Maximin H6 is oriented parallel to the membrane surface, enabling the peptide to aggregate at the membrane water interface. Fst binds in transmembrane orientation with a protruding intrinsically disordered region near the C-terminus. Aside from determining the orientation of the bound peptides from the PREs, the moieties critical for membrane binding could be mapped in ghrelin. If suitable relaxation-edited spectra are acquired, the complete orientation and immersion depth of a peptide bound to a micelle can readily be obtained. (author)

Availability note (English)

Available from Graz University Library, Universitaetsplatz 3, 8010 Graz (AT); available from http://media.obvsg.at/p-AC08569976-2001

Abstract (German)

Kleine membrangebundene Proteine oder Peptide sind in eine Vielzahl essentieller biologischer Prozesse wie Cytolyse, Porenbildung, Zellkommunikation und -erkennung. So unterschiedlich wie die Aufgaben dieser Peptide koennen ihre Sekundaerstrukturen, Orientierungen, Interaktionsarten und Dynamiken sein. Die Art der Bindung, die Eindringtiefe und die Lokalisierung in der Membran sind wichtige Faktoren fuer die Funktion der Peptide. Mittels NMR-Spektroskopie kann die atomare 3D Struktur eines an eine Mizelle gebundenen Peptides und, durch die Verwendung von paramagnetischen Relaxationserhoehungen (PREs), dessen gesamte Topologie bestimmt werden. Das antimikrobielle Peptid Maximin H6, das Bakterientoxin Fst und das humane Peptidhormon Ghrelin wurden als Modellpeptide aehnlicher Groesse aber mit unterschiedlichen Aminosaeuresequenzen verwendet. Die Strukturen und das Bindungsverhalten der Peptide wurden bestimmt und miteinander verglichen. Die gemessenen PREs enthielten ausreichend Information, um die verschiedenen Topologien der untersuchten, an Mizellen gebundenen Peptide zu bestimmen und unterscheiden. Maximin H6 und Fst falten sich beim Eindringen in die Membran zu α-Helices, waehrend das unstrukturierte Ghrelin frei beweglich in Loesung bleibt und nur mittels einer kovalent gebundenen Octanoylkette mit den Lipiden interagiert. Maximin H6 weist eine zur Membranoberflaeche parallele Orientierung auf, die dem Peptid Aggregation an der Grenzflaeche zwischen Wasser und Membran ermoeglicht. Fst dagegen vefuegt ueber eine vorstehende, intrinsisch ungeordnete Region am C-terminus und ist transmembran orientiert.Zusaetzlich zur Ausrichtung der beiden gebundenen Peptide, konnten die fuer die Bindung an eine Membran verantwortlichen Seitenketten von Ghrelin mittels PREs bestimmt werden. Wenn geeignete relaxations-editierte Spektren aufgenommen werden koennen, ist die Bestimmung von Eindringtiefe und Orientierung mizellgebundener Peptide leicht moeglich. (author)

Additional details

Publishing Information

Imprint Pagination
140 p.

INIS

Country of Publication
Austria
Country of Input or Organization
Austria
INIS RN
44032626
Subject category
S74: ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis, Non-conventional Literature
Descriptors DEI
AMINO ACID SEQUENCE; INTERACTIONS; MEMBRANES; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; PARAMAGNETISM; PEPTIDE HORMONES; PEPTIDES; SPECTROSCOPY; TOPOLOGY
Descriptors DEC
HORMONES; MAGNETIC RESONANCE; MAGNETISM; MATHEMATICS; MOLECULAR STRUCTURE; ORGANIC COMPOUNDS; PROTEINS; RESONANCE