Climbing Up and Down Binding Landscapes through Deep Mutational Scanning of Three Homologous Protein–Protein Complexes

化学 亲缘关系 上位性 结合亲和力 计算生物学 同源染色体 血浆蛋白结合 遗传学 进化生物学 生物化学 基因 生物 受体
作者
Michael Heyne,Jason Shirian,Itay Cohen,Yoav Peleg,Evette S. Radisky,Niv Papo,Julia M. Shifman
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (41): 17261-17275 被引量:7
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08707
摘要

Protein-protein interactions (PPIs) have evolved to display binding affinities that can support their function. As such, cognate and noncognate PPIs could be highly similar structurally but exhibit huge differences in binding affinities. To understand this phenomenon, we study three homologous protease-inhibitor PPIs that span 9 orders of magnitude in binding affinity. Using state-of-the-art methodology that combines protein randomization, affinity sorting, deep sequencing, and data normalization, we report quantitative binding landscapes consisting of ΔΔGbind values for the three PPIs, gleaned from tens of thousands of single and double mutations. We show that binding landscapes of the three complexes are strikingly different and depend on the PPI evolutionary optimality. We observe different patterns of couplings between mutations for the three PPIs with negative and positive epistasis appearing most frequently at hot-spot and cold-spot positions, respectively. The evolutionary trends observed here are likely to be universal to other biological complexes in the cell.
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