Abstract
Lipids are necessary for living organisms and have various roles as, energy sources, hormone precursors and as components of membrane structures. Fatty acid β-oxidation is a pathway of energy metabolism, in which the fatty acyl-CoAs are degraded in several steps. Peroxisomal β-oxidation systems are found in all eukaryotes studied thus far, but the existence of a mitochondrial system is established in mammals only.
Multifunctional enzyme type 2 (MFE-2) has been characterized from various species and is responsible for catalyzing the second and third steps in the R-specific peroxisomal β-oxidation pathway. MFE-2 accepts a wide range of substrates and displays great variation in domain organization and overall molecular mass. The crystal structures of individual domains of MFE-2 from several species have been determined previously.
In this study, the structural knowledge of MFE-2 is further extended from the domain level to the assembly of the full-length enzyme. The crystal structure of Drosophila melanogaster MFE-2 (DmMFE-2) was solved at 2.15 Å resolution. The enzyme is a homodimer with 3R-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase and 2E-enoyl-CoA hydratase 2 activities residing on each of the polypeptide subunits. Kinetic data combined with information from the structure, suggest that the catalytic domains of DmMFE-2 work as separate entities. It also appears that the enzyme does not assemble into dimers in vitro when the catalytic subunits are introduced in a solution as stand-alone proteins. The data were confirmed by two different methods, static light scattering and small-angle X-ray scattering.
However, the primary use of SAXS was not to monitor the formation of dimers in solution, but instead it was used for structure determination of the human MFE-2. During the process, the structural information from DmMFE-2 was used as a scaffold for the human homolog. After collecting a wide range of SAXS data and numerous calculations, a plausible low resolution solution structure of human MFE-2 was obtained. The model reveals the overall assembly of the enzyme and the locations of the C-terminal SCP-2L domains (an unspecific lipid carrier), thus enabling further hypotheses regarding the possible role of the SCP-2L domain in the enzymatic reaction. / Tiivistelmä
Lipidit eli rasva-aineet ovat välttämättömiä eliöille ja niillä on lukemattomia rooleja mm. energianlähteinä, kalvojen rakenteina ja hormonien esiasteina. Rasvahappoja hajotetaan monivaiheisella metaboliareitillä, jota kutsutaan β-oksidaatioksi. Peroksisomaalinen rasvojen hajotusreitti on löydetty kaikista tähän asti tutkituista aitotumallisista, mutta mitokondrioissa tapahtuva rasvojen β-oksidaatio on löydetty vain nisäkkäiltä.
Peroksisomaalinen monitoiminen entsyymi tyyppi 2 (MFE-2) katalysoi toisen ja kolmannen reaktion R-spesifisellä rasvahappojen hajotusreitillä ja se on karakterisoitu useilta eri lajeilta. MFE-2 muodostaa lajista riippuen hyvin erilaisia ja molekyylimassaltaan erikokoisia alayksikköyhdistelmiä, jotka pystyvät katalysoimaan erityyppisten substraattien hapetuksen. Eri lajien MFE-2:n yksittäisten alayksiköiden kiderakenteet ovat olleet tunnettuja jo vuosia.
Tässä tutkimuksessa rakennetietämys laajenee MFE-2:n osalta alayksikkötasolta kokopitkän entsyymin tasolle, sillä banaanikärpäsen MFE-2:n (DmMFE-2) kiderakenne selvitettiin 2.15 ångströmin erotuskyvyllä. Tämä homodimeerinen entsyymi kantaa samassa polypeptidissä sekä 3R-hydroksiasyyli-KoA-dehydrogenaasi, että 2E-enoyyli-KoA-hydrataasi 2 -aktiivisuuksia. Kiderakenteen ja reaktiokinetiikan perusteella tehtiin johtopäätös, jonka mukaan DmMFE-2:n alayksiköt toimivat itsenäisinä kokonaisuuksinaan. Staattisen valonsironnan (SLS) ja röntgenpienkulmasirontamittauksien (SAXS) perusteella MFE-2:n erillisinä tuotetut alayksiköt eivät muodosta liuoksessa spontaanisti kokopitkän MFE-2:n kaltaisia oligomeerejä.
Ihmisen MFE-2:n alhaisen erotuskyvyn malli määritettiin röntgenpienkulmasirontatekniikan avulla. Tässä prosessissa käytettiin hyväksi banaanikärpäsen entsyymin tarjoamaa rakennetietoa, jonka perusteella rakennettiin ensin runko ihmisen MFE-2:lle. Monivaiheisen prosessin jälkeen saatiin lopulta laskettua vakuuttava malli, joka paljastaa ensimmäistä kertaa ihmisen kokopitkän MFE-2:n rakenteen ja antaa mahdollisuuden tehdä alustavia johtopäätöksiä karboksiterminaalisen lipidejä epäspesifisesti sitovan alayksikön (SCP-2L) biologisesta roolista osana tätä monitoimista entsyymiä.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:isbn978-951-42-9606-2 |
| Date | 15 November 2011 |
| Creators | Haataja, T. (Tatu) |
| Contributors | Hiltunen, K. (Kalervo), Glumoff, T. (Tuomo) |
| Publisher | Oulun yliopisto |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © University of Oulu, 2011 |
| Relation | info:eu-repo/semantics/altIdentifier/pissn/0355-3191, info:eu-repo/semantics/altIdentifier/eissn/1796-220X |
Page generated in 0.0028 seconds