Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin

Autores
González Lebrero, Rodolfo M.; Defelipe, Lucas Alfredo; Modenutti, Carlos Pablo; Roitberg, Adrián; Batastini, Nicolás Alejandro; Noguera, Martín Ezequiel; Santos, Javier; Roman, Ernesto Andres
Año de publicación
2019
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Protein dynamics, folding, and thermodynamics represent a central aspect of biophysical chemistry. pH, temperature, and denaturant perturbations inform our understanding of diverse contributors to stability and rates. In this work, we performed a thermodynamic analysis using a combined experimental and computational approach to gain insights into the role of electrostatics in the folding reaction of a psychrophile frataxin variant from Psychromonas ingrahamii. This folding reaction is strongly modulated by pH with a single, narrow, and well-defined transition state with ∼80% compactness, ∼70% electrostatic interactions, and ∼60% hydration shell compared to the native state (αD = 0.82, αH = 0.67, and αδCp = 0.59). Our results are best explained by a two-proton/two-state model with very different pKa values of the native and denatured states (∼5.5 and ∼8.0, respectively). As a consequence, the stability strongly increases from pH 8.0 to 6.0 (|δδG°| = 5.2 kcal mol-1), mainly because of a decrease in the TδS°. Variation of δH° and δS° at pH below 7.0 is dominated by a change in δHf= and δSf=, while at pH above 7.0, it is governed by δHu= and δSu=. Molecular dynamics simulations showed that these pH modulations could be explained by the fluctuations of two regions, rich in electrostatic contacts, whose dynamics are pH-dependent and motions are strongly correlated. Results presented herein contribute to the understanding of the stability and dynamics of this frataxin variant, pointing to an intrinsic feature of the family topology to support different folding mechanisms.
Fil: González Lebrero, Rodolfo M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Modenutti, Carlos Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Roitberg, Adrián. University of Florida; Estados Unidos
Fil: Batastini, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Noguera, Martín Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Santos, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Fil: Roman, Ernesto Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Materia
Folding
Dynamics
Frataxin
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/130625
Acceder
id CONICETDig_46dc3b58ed694ad0a3825fefca40b367
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/130625
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile FrataxinGonzález Lebrero, Rodolfo M.Defelipe, Lucas AlfredoModenutti, Carlos PabloRoitberg, AdriánBatastini, Nicolás AlejandroNoguera, Martín EzequielSantos, JavierRoman, Ernesto AndresFoldingDynamicsFrataxinhttps://purl.org/becyt/ford/3.1https://purl.org/becyt/ford/3Protein dynamics, folding, and thermodynamics represent a central aspect of biophysical chemistry. pH, temperature, and denaturant perturbations inform our understanding of diverse contributors to stability and rates. In this work, we performed a thermodynamic analysis using a combined experimental and computational approach to gain insights into the role of electrostatics in the folding reaction of a psychrophile frataxin variant from Psychromonas ingrahamii. This folding reaction is strongly modulated by pH with a single, narrow, and well-defined transition state with ∼80% compactness, ∼70% electrostatic interactions, and ∼60% hydration shell compared to the native state (αD = 0.82, αH = 0.67, and αδCp = 0.59). Our results are best explained by a two-proton/two-state model with very different pKa values of the native and denatured states (∼5.5 and ∼8.0, respectively). As a consequence, the stability strongly increases from pH 8.0 to 6.0 (|δδG°| = 5.2 kcal mol-1), mainly because of a decrease in the TδS°. Variation of δH° and δS° at pH below 7.0 is dominated by a change in δHf= and δSf=, while at pH above 7.0, it is governed by δHu= and δSu=. Molecular dynamics simulations showed that these pH modulations could be explained by the fluctuations of two regions, rich in electrostatic contacts, whose dynamics are pH-dependent and motions are strongly correlated. Results presented herein contribute to the understanding of the stability and dynamics of this frataxin variant, pointing to an intrinsic feature of the family topology to support different folding mechanisms.Fil: González Lebrero, Rodolfo M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Modenutti, Carlos Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Roitberg, Adrián. University of Florida; Estados UnidosFil: Batastini, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Noguera, Martín Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Santos, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; ArgentinaFil: Roman, Ernesto Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaAmerican Chemical Society2019-09info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/130625González Lebrero, Rodolfo M.; Defelipe, Lucas Alfredo; Modenutti, Carlos Pablo; Roitberg, Adrián; Batastini, Nicolás Alejandro; et al.; Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin; American Chemical Society; Journal of Physical Chemistry B; 123; 36; 9-2019; 7676-76861520-61061520-5207CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1021/acs.jpcb.9b05960info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.9b05960info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-29T10:44:14Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/130625instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-29 10:44:14.392CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
title Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
spellingShingle Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
González Lebrero, Rodolfo M.
Folding
Dynamics
Frataxin
title_short Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
title_full Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
title_fullStr Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
title_full_unstemmed Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
title_sort Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin
dc.creator.none.fl_str_mv González Lebrero, Rodolfo M.
Defelipe, Lucas Alfredo
Modenutti, Carlos Pablo
Roitberg, Adrián
Batastini, Nicolás Alejandro
Noguera, Martín Ezequiel
Santos, Javier
Roman, Ernesto Andres
author González Lebrero, Rodolfo M.
author_facet González Lebrero, Rodolfo M.
Defelipe, Lucas Alfredo
Modenutti, Carlos Pablo
Roitberg, Adrián
Batastini, Nicolás Alejandro
Noguera, Martín Ezequiel
Santos, Javier
Roman, Ernesto Andres
author_role author
author2 Defelipe, Lucas Alfredo
Modenutti, Carlos Pablo
Roitberg, Adrián
Batastini, Nicolás Alejandro
Noguera, Martín Ezequiel
Santos, Javier
Roman, Ernesto Andres
author2_role author
author
author
author
author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv Folding
Dynamics
Frataxin
topic Folding
Dynamics
Frataxin
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/3.1
https://purl.org/becyt/ford/3
dc.description.none.fl_txt_mv Protein dynamics, folding, and thermodynamics represent a central aspect of biophysical chemistry. pH, temperature, and denaturant perturbations inform our understanding of diverse contributors to stability and rates. In this work, we performed a thermodynamic analysis using a combined experimental and computational approach to gain insights into the role of electrostatics in the folding reaction of a psychrophile frataxin variant from Psychromonas ingrahamii. This folding reaction is strongly modulated by pH with a single, narrow, and well-defined transition state with ∼80% compactness, ∼70% electrostatic interactions, and ∼60% hydration shell compared to the native state (αD = 0.82, αH = 0.67, and αδCp = 0.59). Our results are best explained by a two-proton/two-state model with very different pKa values of the native and denatured states (∼5.5 and ∼8.0, respectively). As a consequence, the stability strongly increases from pH 8.0 to 6.0 (|δδG°| = 5.2 kcal mol-1), mainly because of a decrease in the TδS°. Variation of δH° and δS° at pH below 7.0 is dominated by a change in δHf= and δSf=, while at pH above 7.0, it is governed by δHu= and δSu=. Molecular dynamics simulations showed that these pH modulations could be explained by the fluctuations of two regions, rich in electrostatic contacts, whose dynamics are pH-dependent and motions are strongly correlated. Results presented herein contribute to the understanding of the stability and dynamics of this frataxin variant, pointing to an intrinsic feature of the family topology to support different folding mechanisms.
Fil: González Lebrero, Rodolfo M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Modenutti, Carlos Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Roitberg, Adrián. University of Florida; Estados Unidos
Fil: Batastini, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Noguera, Martín Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
Fil: Santos, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Fil: Roman, Ernesto Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
description Protein dynamics, folding, and thermodynamics represent a central aspect of biophysical chemistry. pH, temperature, and denaturant perturbations inform our understanding of diverse contributors to stability and rates. In this work, we performed a thermodynamic analysis using a combined experimental and computational approach to gain insights into the role of electrostatics in the folding reaction of a psychrophile frataxin variant from Psychromonas ingrahamii. This folding reaction is strongly modulated by pH with a single, narrow, and well-defined transition state with ∼80% compactness, ∼70% electrostatic interactions, and ∼60% hydration shell compared to the native state (αD = 0.82, αH = 0.67, and αδCp = 0.59). Our results are best explained by a two-proton/two-state model with very different pKa values of the native and denatured states (∼5.5 and ∼8.0, respectively). As a consequence, the stability strongly increases from pH 8.0 to 6.0 (|δδG°| = 5.2 kcal mol-1), mainly because of a decrease in the TδS°. Variation of δH° and δS° at pH below 7.0 is dominated by a change in δHf= and δSf=, while at pH above 7.0, it is governed by δHu= and δSu=. Molecular dynamics simulations showed that these pH modulations could be explained by the fluctuations of two regions, rich in electrostatic contacts, whose dynamics are pH-dependent and motions are strongly correlated. Results presented herein contribute to the understanding of the stability and dynamics of this frataxin variant, pointing to an intrinsic feature of the family topology to support different folding mechanisms.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-09
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/130625
González Lebrero, Rodolfo M.; Defelipe, Lucas Alfredo; Modenutti, Carlos Pablo; Roitberg, Adrián; Batastini, Nicolás Alejandro; et al.; Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin; American Chemical Society; Journal of Physical Chemistry B; 123; 36; 9-2019; 7676-7686
1520-6106
1520-5207
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/130625
identifier_str_mv González Lebrero, Rodolfo M.; Defelipe, Lucas Alfredo; Modenutti, Carlos Pablo; Roitberg, Adrián; Batastini, Nicolás Alejandro; et al.; Folding and Dynamics Are Strongly pH-Dependent in a Psychrophile Frataxin; American Chemical Society; Journal of Physical Chemistry B; 123; 36; 9-2019; 7676-7686
1520-6106
1520-5207
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1021/acs.jpcb.9b05960
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.9b05960
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv American Chemical Society
publisher.none.fl_str_mv American Chemical Society
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1844614479491366912
score 13.070432

Publicaciones similares