Mutation H1401Q - Universität zu Lübeck
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3D-Modellierung: Der Krankheit auf der Spur Abcc6-Mutationen liefern einen Einblick in die dystrophe Myokardverkalkung Michaela Müller*,1, Stephanie Tennstedt1, Zouhair Aherrahrou1, Ann-Kathrin Sowa1, Frank Kaiser2, Andreas Dendorfer3, Jeanette Erdmann1, Heribert Schunkert4 1Institut für Integrative und Experimentelle Genomik, Universität zu Lübeck, Germany; 2Institut für Humangenetik, Universität zu Lübeck, Germany; 3Institut für experimentelle und klinische Pharmakologie und Toxikologie, Universität zu Lübeck, Germany; 4Deutsches Herzzentrum München, München, Germany Hintergrund: Mutationen im Protein Abcc6 werden mit Pseudoxanthoma elasticum beim Menschen sowie der dystrophen Myokardverkalkung (DCC) bei der Mus musculus assoziiert.1-4 Abcc6 gehört zur Gruppe der ABC-Transporter, welche Moleküle aktiv über eine Membran transportieren. Die 3DStruktur vom Abcc6, die transportierten Moleküle, die genaue Funktionsweise sowie der funktionale TMD Zusammenhang zur Pathogenese der DCC ist nicht bekannt. Es konnten bereits Mutationen im NBD Abcc6 in zwei DCC prädisponierten Mausstämmen (C3H/He, NZB) identifiziert werden.3 Diese Mutationen führen zu Aminosäure-Substitutionen (S3R, L166F, A706V, I927T, H1401Q, L1448V, N1477S) und könnten sich auf die Proteinfunktion auswirken.4 Der Effekt dieser Mutationen auf die Abcc6-Proteinfunktion sollte mittels computerbasierter Methoden untersucht werden. Homologe Modellierung Abcc6Aminosäuresequenz Templatesuche (Alignment) Template: ABCTransporter Sav1866 (PDBCode: 2HYD) Homologe Modellierung mithilfe von YASARA5 Wildtype (WT)Abcc6-Modell Validierung Lage der bekannten Mutationen im Abcc6-Homologiemodell: Das 3D-Modell ermöglicht es, den Einfluss von fünf der sieben bekannten Aminosäure-Mutationen auf die Proteinfunktion zu untersuchen. In den beiden Nukleotidbindestellen des Modells befindet sich jeweils ein ATP und ein Magnesium-Ion. ATP1 ATP2 A706V Mutation I927T A706V H1401Q ATP2 H1401Q Mg2+ A706V A706V: ATP1 ATP Mutation SNAP6 einen Mutation H1401Q: H1401Q liegt am nächs- Einfluss von A706V (liegt im TMD-NBD- ten an einer Nukleotidbindestelle (Abstand: Interaktionsbereich) 4.8 Å). SNAP6 postuliert keinen Einfluss von auf sagt die Funktion vorher. H1401Q auf die Proteinfunktion. Um diese beiden Mutationen genauer zu untersuchen, wurden Homologiemodelle der Mutanten ATP2 A706V und H1401Q analog zum WT erstellt. ATP1 Moleküldynamik-Simulationen H1401Q L1448S NBD der Homologiemodelle (WT, MUT1, MUT2) Auswertung der letzten 5 ns der Simulationen (Vergleich zwischen WT und Mutanten) MD-Simulationen (14 ns) mit YASARA7 Sekundärstrukturunterschiede: Veränderungen im Bereich um die mutierten Aminosäuren N1477S sowie im TMD-NBD-Interaktionsbereich. Unterschiede der Sekundärstruktur anhand eines Farbgradienten an Mutanten-Modellen dargestellt: Blau - keine Veränderung, rot - differentielle Sekundärstruktur in kompletter Auswertungszeit. Zusätz0% ATP2 ATP2 A706V lich konnten Veränderungen im Nukleo- A706V ATP1 ATP1 tidbindemuster im Vergleich zwischen 50 % WT und Mutante beobachtet werden (hier 100 % ATP, Mg2+ H1401Q H1401Q nicht gezeigt). Schlussfolgerung: Das Homologiemodell des Abcc6-Transporters ermöglicht die Untersuchung der Lage von bekannten, mit DCC assoziierten Mutationen. A706V und H1401Q könnten aufgrund ihrer Position die Proteinfunktion beeinflussen. Mittels MD-Simulationen gelang es Veränderungen in der Sekundärstruktur nahe der mutierten Aminosäuren sowie Veränderungen im Nukleotidbindemuster aufzudecken. Es wird postuliert, dass diese Mutationen die Transportfunktion des Abcc6 beeinflussen. Quellen: (1) Bergen et al., Mutations in ABCC6 cause pseudoxanthoma elasticum. Nat Genet, 2000; 25(2): 228-31. (2) Struk et al., Mutations of the gene encoding the transmembrane transporter protein ABC-C6 cause pseudoxanthoma elasticum. J Mol Med, 2000; 78(5): 237-8. (3) Aherrahrou et al., Ultrafine mapping of Dyscalc1 to an 80-kb chromosomal segment on chromosome 7 in mice susceptible for dystrophic calcification. Physiol Genomics, 2007; 28(2): 203-12. * Kontakt: [email protected] (4) Aherrahrou et al., An alternative splice variant in Abcc6, the gene causing dystrophic calcification, leads to protein deficiency in C3H/He mice. J Biol Chem, 2008; 283(12): 7608-15. (5) Krieger et al., Increasing the precision of comparative models with YASARA NOVA--a self-parameterizing force field. Proteins, 2002, 47(3), 393-402. (6) Bromberg et al., SNAP: predict effect of non-synonymous polymorphisms on function. Nucleic Acids Res, 2007; 35(11): 3823-35. (7) Krieger et al., Making optimal use of empirical energy functions: force-field parameterization in crystal space. Proteins, 2004, 57(4), 678-83.
