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Título

Structural charazterization of galectin-3 and galectin-related protein by X-ray crystallography

AutorFlores-Ibarra, Andrea
DirectorRomero, Antonio
Palabras claveStructure-activity relationship
β-Galactoside
Structure
Chimera type
Galectins
Fecha de publicación18-oct-2017
EditorCSIC - Centro de Investigaciones Biológicas (CIB)
Universidad Autónoma de Madrid
Resumen[EN] Galectins are a family of galactosidebinding proteins located in a wide range of organisms, from mammals to fungi and prokaryotes, where they exert functions that can be mediated by both carbohydrate-protein and protein-protein interactions. Ga-lectins were classified based on their structural features in prototype, tándem repeat and chimeric type. Prototype galectins contain one CRD per subunit and can form homodimers whereas tandem-repeat galectins are heterodimers of two non-identical CRDs linked by a peptide. The chimeric galectins have a distinctive N-terminal do-main comprised of a lead peptide and nine poly-Pro/Gly repeats (namely, N-PG) linked to the C-terminal CRD. In humans, the only chimeric type is Galectin-3 (Gal- 3). The N-PG module had eluded structural resolution so far, albeit the many reports on the CRD structure. Using a protein engineering approach, Gal-3 constructs with different lengths of the N-PG were produced and set to crystallize. A particular con-struct, with repeats VII to IX and the lead domain (Gal-3[N VII-IX]) crystallized with high-reproducibility. The crystals belonged to the orthorhombic space group P212121 and had a resolution of 2.2 Å. Further studies were performed in this con-struct and the full-length protein by SAXS. Taken together, the results on the structural characterization of Gal-3[N VII-IX] allow to ascertain the position of key amino acids in the N-terminal that play fundamental roles in Gal-3 function, most importantly the position of an apoptosis- and metastasis-related phosphorylation site, Ser6. This new structure with the N-terminal section sets the path for the elucidation of full-length Gal-3 structure and its pharmacological applications.To date, a total of 15 members have been identified in the galectin family plus a few related proteins that closely share their sequence. A comprehensive genetic mapping of this family identified one particular Galectin-Related Protein (formerly known as HSPC159, now GRP) located in bone marrow that has a high degree of identity with galectins sequences, sharing their jelly-roll characteristic topology. This GRP is pre-sent only in vertebrates, unlike its ubiquitous relatives. Interestingly, GRP does not bind -galactosides. Human GRP structure has been reported twice with no further information on its function. In order to study in detail the entirety of the galectin family for identifying themes of divergence and recognition within a limited number of proteins, Gallus gallus GRP was chosen as model. Crystals of this protein belonged to the body centered orthorhombic space group I212121 and had a resolution of 1.5 Å. Their crystallographic resolution showed the particular hallmarks that hin-der-galactoside binding. This structure and its properties were further studied by SAXS and AUC.
[ES] La familia de las galectinas comprende proteínas de unión a &-galactósidos presentes en una amplia variedad de organismos, de mamíferos a hongos y procariotes, donde cumplen funciones que pueden ser activadas por interacciones con carbohidratos o con otras proteínas. Las galectinas fueron clasificadas, con base en sus características estructurales, en prototípicas, tándem y quiméricas. Las prototípicas pueden formar homodímeros y las tándem forman heterodímeros del dominio de reconocimiento de carbohidratos (CRD), en tanto que las galectinas quiméricas tienen un domino N-terminal distintivo, que comprende un péptido líder y nueve repeticiones Pro/Gly (N-PG), unido al CRD en el C-terminal. En humanos, la única galectina quimérica es Galectina-3 (Gal-3). La resolución estructural del módulo N-PG no había sido conseguida, a pesar de la existencia de numerosos reportes del CRD de Gal-3. Haciendo uso de la ingeniería proteica, se produjeron construcciones de Gal-3 con distintas longitudes del N-PG para ensayos de cristalización. Una construcción que contieneel péptido líder y las repeticiones VII-IX del N-PG (Gal-3[N VII-IX]) cristalizó con alta reproducibilidad. Los cristales pertenecen al grupo espacial ortorrómbico P212121 y tienen una resolución de 2.2 Å. Estudios posteriores fueron realizados por dispersión de ángulo pequeño (SAXS). Los resultados de los experimentos para la caracterización estructural de Gal-3[N VII-IX] permiten localizar la posición de aminoácidos que juegan un papel fundamental en la función de Gal-3, en especial la posición de un sitio de fosforilación que media procesos de apoptosis y metástasis, Ser6. Esta nueva estructura con el [N VII-IX] es el primer paso en la elucidación de la estructura completa de Gal-3 y de sus aplicaciones farmacológicas.En total, 15 miembros han sido identificados en la familia de las galectinas, junto con otras proteínas relacionadas. Un estudio genético completo identificó en particular una proteína de la médula ósea asociada a galectinas (GRP, antes conocida como HSPC159), con un alto grado de identidad en su secuencia y que comparte el mismo plegamiento jelly-roll. GRP está presente únicamente en vertebrados, a diferencia de las galectinas. Cabe resaltar que GRP no une galactósidos. La estructura de GRP humana ha sido reportada dos veces sin profundizar en sus funciones. Para estudiar en detalle a la familia entera de galectinas e identificar puntos de divergencia y reconocimiento en un número limitado de proteínas, se escogió como modelo a la GRP de G. gallus. Los cristales de esta proteína pertenecen al grupo ortorrómbico I212121 y tienen una resolución de 1.5 Å. La estructura de GRP mostró las características específicas que impiden la unión de -galactósidos. Esta estructura y sus propiedades fueron confirmadas por medio de experimentos de SAXS y AUC.
Descripción97 p.-46 fig.-3 tab.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/156497
Aparece en las colecciones: (CIB) Tesis
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