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Crystal structure and molecular dynamics simulations of a promiscuous ancestor reveal residues and an epistatic interaction involved in substrate binding and catalysis in the ATP-dependent vitamin kinase family members
Indexado
WoS WOS:000618821900001
Scopus SCOPUS_ID:85100908275
DOI 10.1002/PRO.4040
Año 2021
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Enzymes with hydroxymethylpyrimidine/phosphomethylpyrimidine kinase activity (HMPPK) are essential in the vitamin B1 (thiamine pyrophosphate) biosynthesis and recycling pathways. In contrast, enzymes with pyridoxal kinase activity (PLK) produce pyridoxal phosphate (vitamin B6), an essential cofactor for various biochemical reactions. In the ATP-dependent vitamin kinases family, the members of PLK/HMPPK-like subfamily have both enzymatic activities. It has been proposed that the promiscuous PLK activity of ancestral HMPPK enzymes could have been the starting point for this activity. In earlier work, we reconstructed the ancestral sequences of this family and characterized the substrate specificity of the common ancestor between PLK/HMPPK-like and HMPPK enzymes (AncC). From these studies, the Gln45Met mutation was proposed as a critical event for the PLK activity emergence. Here, we crystallize and determine the AncC structure by X-ray crystallography and assess the role of the Gln45Met mutation by site-directed mutagenesis. Kinetic characterization of this mutant shows a significant increase in the PL affinity. Through molecular dynamics simulation and MM/PBSA calculations some residues, important for substrate interactions and catalysis, were identified in the wild type and in the mutated ancestor. Interestingly, a strong epistatic interaction responsible for the evolutionary pathway of the PLK activity in PLK/HMPPK-like enzymes was revealed. Also, other putative mutations relevant to PLK activity in modern PLK/HMPPK-like enzymes were identified.

Revista



Revista ISSN
Protein Science 0961-8368

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Disciplinas de Investigación



WOS
Biochemistry & Molecular Biology
Scopus
Molecular Biology
Biochemistry
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Gonzalez-Ordenes, Felipe Hombre Universidad de Chile - Chile
2 Bravo-Moraga, Felipe Hombre Universidad de Talca - Chile
3 Gonzalez, Evelin Mujer Universidad de Chile - Chile
4 Hernandez-Cabello, Leslie Mujer Universidad de Chile - Chile
5 ALZATE-MORALES, JANS HUMBERTO - Universidad de Talca - Chile
6 GUIXE-LEGUIA, VICTORIA CRISTINA Mujer Universidad de Chile - Chile
7 CASTRO-FERNANDEZ, VICTOR HUGO Hombre Universidad de Chile - Chile

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Origen de Citas Identificadas



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Citas Identificadas: 33.33 %
Citas No-identificadas: 66.67 %

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Citas Identificadas: 33.33 %
Citas No-identificadas: 66.67 %

Financiamiento



Fuente
FONDEQUIP
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Fondequip EQM
ANID PhD Fellowship

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Agradecimientos



Agradecimiento
Fondo Nacional de Desarrollo Cientifico y Tecnologico, Grant/Award Numbers: 11181133, REDI170497; ANID PhD Fellowship, Grant/Award Number: 21191254; Fondequip EQM, Grant/Award Number: 120208
This work was supported by Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT Grant 11181133), REDI170497. ANID PhD Fellowship 21191254 to Felipe Gonzalez‐Ordenes. Universidad de Talca PhD Fellowship to Felipe Bravo‐Moraga. The high‐throughput ARI crystallization robot was funded by Fondequip EQM 120208. This research used resources of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS), an open national facility operated by the Brazilian Centre for Research in Energy and Materials (CNPEM) for the Brazilian Ministry for Science, Technology, Innovations and Communications (MCTIC), proposals 20170963 and 20180298. The MX2 beamline staff is acknowledged for their assistance during the diffraction experiments. Also, we thank the IFSC/CCP4 school 2018, São Carlos, Brazil.

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