Phosphorylation promotes Al(iii) binding to proteins: GEGEGSGG as a case study

文献情報

出版日 2016-02-03
DOI 10.1039/C5CP06379E
インパクトファクター 3.676
著者

Rafael Grande-Aztatzi, Elena Formoso, Jon I. Mujika, Jesus M. Ugalde, Xabier Lopez


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要旨

Aluminum, the third most abundant element in the Earth's crust and one of the key industrial components of our everyday life, has been associated with several neurodegenerative diseases due to its ability to promote neurofilament tangles and β-amyloid peptide aggregation. However, the experimental characterization of aluminum speciation in vivo is a difficult task. In the present study, we develop a theoretical protocol that combines molecular dynamics simulations, clustering of structures, and density functional theory for the characterization of the binding of aluminum to the synthetic neurofilament analogue octapeptide GEGEGSGG and its phosphorylated variant. Our protocol is tested with respect to previous NMR experimental data, which allows for a full interpretation of the experimental information available and its relationship with key thermodynamic quantities. Our results demonstrate the importance of phosphorylation in the ability of a peptide to bind to aluminum. Thus, phosphorylation: (i) changes the binding pattern of aluminum to GEGEGSGG, shifting the preferential binding site from the C-terminal to S6(P); (ii) increases the binding affinity by a factor of around 15 kcal mol−1 in free energy; and (iii) may cause significant changes in the secondary structure and stiffness of the polypeptide chain, specially in the case of bidentate binding modes. Our results shed light on the possibility of aluminum to induce aggregation of β-amyloid proteins and neurofilament tangles.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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