Chaperonin-Based Biolayer Interferometry To Assess the Kinetic Stability of Metastable, Aggregation-Prone Proteins

伴随蛋白 亚稳态 蛋白质聚集 化学 动能 理论(学习稳定性) 蛋白质稳定性 生物物理学 生物化学 蛋白质折叠 生物 物理 计算机科学 经典力学 有机化学 机器学习
作者
Wendy Lea,Pierce T. O’Neil,Alexandra J. Machen,Subhashchandra Naik,Tapan Chaudhri,Wesley McGinn-Straub,Alexander Tischer,Matthew Auton,Joshua R. Burns,Michael R. Baldwin,Karen R. Khar,John Karanicolas,Mark T. Fisher
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:55 (35): 4885-4908 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.biochem.6b00293
摘要

Stabilizing the folded state of metastable and/or aggregation-prone proteins through exogenous ligand binding is an appealing strategy for decreasing disease pathologies caused by protein folding defects or deleterious kinetic transitions. Current methods of examining binding of a ligand to these marginally stable native states are limited because protein aggregation typically interferes with analysis. Here, we describe a rapid method for assessing the kinetic stability of folded proteins and monitoring the effects of ligand stabilization for both intrinsically stable proteins (monomers, oligomers, and multidomain proteins) and metastable proteins (e.g., low Tm) that uses a new GroEL chaperonin-based biolayer interferometry (BLI) denaturant pulse platform. A kinetically controlled denaturation isotherm is generated by exposing a target protein, immobilized on a BLI biosensor, to increasing denaturant concentrations (urea or GuHCl) in a pulsatile manner to induce partial or complete unfolding of the attached protein population. Following the rapid removal of the denaturant, the extent of hydrophobic unfolded/partially folded species that remains is detected by an increased level of GroEL binding. Because this kinetic denaturant pulse is brief, the amplitude of binding of GroEL to the immobilized protein depends on the duration of the exposure to the denaturant, the concentration of the denaturant, wash times, and the underlying protein unfolding-refolding kinetics; fixing all other parameters and plotting the GroEL binding amplitude versus denaturant pulse concentration result in a kinetically controlled denaturation isotherm. When folding osmolytes or stabilizing ligands are added to the immobilized target proteins before and during the denaturant pulse, the diminished population of unfolded/partially folded protein manifests as a decreased level of GroEL binding and/or a marked shift in these kinetically controlled denaturation profiles to higher denaturant concentrations. This particular platform approach can be used to identify small molecules and/or solution conditions that can stabilize or destabilize thermally stable proteins, multidomain proteins, oligomeric proteins, and, most importantly, aggregation-prone metastable proteins.
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