Реконструкція геометрії молекул Atg13 та Atg101 у процесі складання комплексу

  • І. В. Булгаков ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2а https://orcid.org/0000-0001-7031-234X
  • О. В. Раєвський ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2а https://orcid.org/0000-0002-7596-6294
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v35.1676
Ключові слова: A. thaliana, ATG (AuTophaGy-related), Білок-білковий докінг, ATG101, ATG13

Анотація

Мета. Асоційовані субпротеїни, що утворюють мультибілковий комплекс ATG1 у рослин та ссавців, зокрема ULK1 у людини, є оркестровими протеїнкіназними atg-одиницями у протистоянні до стимулів стресу різної природи. Визначальне значення в дослідженні сфокусовано на молекулярній природі взаємодії ATG13 і ATG101 з подальшим стикуванням in silico з метою реалізації майбутньої інтеграції у мультимерний комплекс, що призводить до збирання PAS-преаутофагосомної структури на першому етапі ініціювання аутофагії. Методи. Моделювання білкових структур проводили за гомологією, використовуючи AlphaFold, та з застосуванням програми GROMACS 5.0 втілили молекулярну динаміку (МД) залучаючи силове поле Charmm36. Результати. Впроваджуючи методи комп’ютерного моделювання, створено комплекс протеїнкіназних atg-одиниць для обох білків ATG13 та ATG101 з відображенням інтерфейсу взаємодії та конфірмаційної поведінки задля подальшого інтерпретування при утворенні майбутнього збирання до мультибілкової платформи ULK1/ATG1. Висновки. Отримано високоякісну модель-платформу для проведення нами подальшого послідовного дослідження білок-білок-докінгу та білок-білкових взаємодій з можливістю реконструкції великого комплексу ULK1/ATG1 з метою виявлення сайтів зв’язування ATG8.

Посилання

Zeng X., Liu C., Han N., Bian H., Zhu M. Progress on the autophagic regulators and receptors in plants. Yi chuan = Hereditas. 2016. Vol. 38 (7). P. 644–650. doi: 10.16288/j.yczz.15-525.

Kurusu T., Kuchitsu K. Autophagy, programmed cell death and reactive oxygen species in sexual reproduction in plants. Journal of plant research. 2017. Vol. 130 (3). P. 491–499. doi: 10.1007/s10265-017-0934-4.

Samperna S., Masi M., Vurro M., Evidente A., Marra M. Cyclopaldic Acid, the Main Phytotoxic Metabolite of Diplodia cupressi, Induces Programmed Cell Death and Autophagy in Arabidopsis thaliana. Toxins (Basel). 2022. Vol. 14 (7). P. 474. doi: 10.3390/toxins14070474.

Xie Z., Klionsky D. Autophagosome formation: core machinery and adaptations. Nature cell biology. 2007. Vol. 9 (10). P. 1102–1109. doi: 10.1038/ncb1007-1102.

Zhi X., Feng W., Rong Y., Liu R. Anatomy of autophagy: from the beginning to the end. Cellular and molecular life sciences : CMLS. 2018. Vol. 75 (5). P. 815–831. doi: 10.1007/s00018-017-2657-z.

Ke, P.-Y. Molecular Mechanism of Autophagosome–Lysosome Fusion in Mammalian Cells. Cells. 2024. Vol. 13 (6). P. 500. doi: 10.3390/cells13060500.

Stanley R., Ragusa M., Hurley J. The beginning of the end: how scaffolds nucleate autophagosome biogenesis. Trends in cell biology. 2014. Vol. 24 (1). P. 73–81. doi: 10.1016/j.tcb.2013.07.008.

Mercer C., Kaliappan A., Dennis P. A novel, human Atg13 binding protein, Atg101, interacts with ULK1 and is essential for macroautophagy. Autophagy. 2009. Vol. 5 (5). P. 649–662. doi: 10.4161/auto.5.5.8249.

Hosokawa N., Sasaki T., Iemura S., Natsume T., Hara T., Mizushima N. Atg101, a novel mammalian autophagy protein interacting with Atg13. Autophagy. 2009. Vol. 5 (7). P. 973–979. doi: 10.4161/auto.5.7.9296.

Fujioka Y., Suzuki S., Yamamoto H., Kondo-Kakuta C., Kimura Y., Hirano H., Akada R., Inagaki F., Ohsumi Y., Noda N. Structural basis of starvation-induced assembly of the autophagy initiation complex. Nature structural & molecular biology. 2014. Vol. 21 (6). P. 513–521. doi: 10.1038/nsmb.2822.

Kabeya Y., Kamada Y., Baba M., Takikawa H., Sasaki M., Ohsumi Y. Atg17 functions in cooperation with Atg1 and Atg13 in yeast autophagy. Molecular biology of the cell. 2005. Vol. 16 (5). P. 2544–2553. doi: 10.1091/mbc.e04-08-0669.

UniProt Consortium T. UniProt: the universal protein knowledgebase. Nucleic acids research. 2018. Vol. 46 (5) P. 2699. doi: 10.1093/nar/gky092.

Larkin M., Blackshields G., Brown N., Chenna R., McGettigan P., McWilliam H., Valentin F., Wallace I., Wilm A., Lopez R., Thompson J., Gibson T., Higgins D. Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics (Oxford, England). 2007. Vol. 23 (21). P. 2947–2948. doi: 10.1093/bioinformatics/btm404.

Waterhouse A., Bertoni M., Bienert S., Studer G., Tauriello G., Gumienny R., Heer F., de Beer T., Rempfer C., Bordoli L., Lepore R., Schwede T. SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures and complexes. Nucleic acids research. 2018. Vol. 46 (1). P. W296–W303. doi: 10.1093/nar/gky427.

Pronk S., Páll S., Schulz R., Larsson P., Bjelkmar P., Apostolov R., Shirts M., Smith J., Kasson P., van der Spoel D., Hess B., Lindahl E. GROMACS 4.5: a high-throughput and highly parallel open source molecular simulation toolkit. Bioinformatics (Oxford, England). 2013. Vol. 29 (7). P. 845–854. doi: 10.1093/bioinformatics/btt055.

MacKerell A., Bashford D., Bellott M., Dunbrack L., Evanseck J., Field M., Fischer S., Gao J., Guo H., Ha S., Joseph-McCarthy D., Kuchnir L., Kuczera K., Lau F., Mattos C., Michnick S., Ngo T., Nguyen D., Prodhom B., Reiher W., Karplus M. All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins. The journal of physical chemistry. 1998. Vol. 102 (18). P. 3586–3616. doi: 10.1021/jp973084f.

Abraham M., Teemu M., Roland S., Szilárd P., Jeremy C S., Berk H., Erik L. Gromacs: High Performance Molecular Simulations through Multi-Level Parallelism from Laptops to Supercomputers. SoftwareX. 2015. Vol. 1–2. P. 19–25.doi: 10.1016/j.softx.2015.06.001.

Suttangkakul A., Li F., Chung T., Vierstra R. The ATG1/ATG13 protein kinase complex is both a regulator and a target of autophagic recycling in Arabidopsis. The Plant Cell. 2011. Vol. 23 (10). P. 3761–3779. doi: 10.1105/tpc.111.090993.