Κρυσταλλογραφική μελέτη δομής βιολογικών μακρομορίων: I. Ανοσοσφαιρινικού τύπου περιοχές 9 έως 11 της μυομεσίνης II. σύμπλοκα εγκλεισμού κυκλοδεξτρινών

Abstract

Myomesin is one of the main components of the sarcomeric M-line and is expressed in all kinds of cross-striated muscles investigated so far. It is comprised of 13 immunoglobulin (Ig) and fibronectin III (Fn) domains of differing sequence. The myomesin C-terminal region is organized along the titin molecule and the formed complex constitutes the central region of the M-line. The present study deals with the structural characterization of the C-terminal region of myomesin, which consists of the Ig domains 9-13. Specifically, the crystal structures of the truncated myomesin proteins My10-My11 and My9-M11 were studied by X-ray crystallography. In the studied structures, the Ig domains possess the characteristic β-"sandwich" arrangement, and every domain is connected to the next by an α-helix, a phenomenon described for the first time in proteins of the sarcomere. The present study, associated with the knowledge of the My12-M13 crystal structure, can result the establishment of a model for the C-terminal region of myomesin. At the second part of this thesis, the crystal structures of two β-cyclodextrin (β-CD) inclusion complexes were studied. The structure of the β-cyclodextrin - 4-pyridinealdazine complex is a novel structure both in terms of the arrangement of the β-CD molecules, that form a trimer, and in the guest molecules association. In the structure of the β-CD - N-acetyl-L-tryptophan complex, the CD molecules form dimers, generated by interactions between the atoms O3n_A...03(8-n)_B and form channels along the a axis. Inside the CD dimer two L-tryptophan molecules are enclosed, in a head to head conformation. Comparison of the reported structure and of the structure of the β-CD - N-acetyl-D-tryptophan complex can provide direct information regarding the mechanism of chiral recognition by the β-CD molecules.

Η μυομεσίνη είναι μία από τις κύριες πρωτεΐνες της σαρκομεριδικής Μ γραμμής. Απαρτίζεται κυρίως από 13 διακριτές πρωτεϊνικές περιοχές με δομή ανοσοσφαιρίνης και ινωδογόνου III και εκφράζεται σε όλα τα είδη γραμμωτών μυών που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Το καρβοξυτελικό άκρο της μυομεσίνης οργανώνεται κατά μήκος του μορίου της τιτίνης και το σύμπλοκο αυτό αποτελεί το κεντρικό μέρος της Μ γραμμής. Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στο δομικό χαρακτηρισμό του καρβοξυτελικού άκρου της μυομεσίνης, το οποίο αποτελείται από τις ανοσοσφαιρινικές περιοχές 9-13. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν με κρυσταλλογραφία ακτινών Χ οι δομές των πρωτεϊνών My10-My11 και My9-My11. Στις μελετώμενες δομές, οι ανοσοσφαιρινικές περιοχές έχουν τη χαρακτηριστική διαμόρφωση β-«sandwich», ενώ κάθε περιοχή συνδέεται με τη γειτονική της μέσω μίας α-έλικας, φαινόμενο που παρατηρείται για πρώτη φορά σε πρωτεΐνες του σαρκομεριδίου. Η παρούσα μελέτη, σε συνδυασμό με την ήδη δημοσιευμένη κρυσταλλική δομή της My12-My13, επιτρέπει την εξαγωγή ενός δομικού μοντέλου για το σύνολο του καρβοξυτελικού άκρου της μυομεσίνης. Στο δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής μελετήθηκαν δύο σύμπλοκα εγκλεισμού της β-κυκλοδεξτρίνης. Η δομή του συμπλόκου β-κυκλοδεξτρίνης-4-πυριδιναλδαζίνης απεδείχθη καινοφανής τόσο ως προς τη διευθέτηση των μορίων της β-κυκλοδεξτρίνης, τα οποία δημιουργούν ένα τριμερές, όσο και ως προς τη διάταξη των ξενιζομένων μορίων στην υδροφοβική κοιλότητα και αποδεικνύει την πολυλειτουργικότητα του μορίου της β-κυκλοδεξτρίνης. Στη δομή του συμπλόκου β-κυκλοδεξτρίνης - Ν-ακέτυλο-L-θρυπτοφάνης, τα μόρια του ξενιστή σχηματίζουν διμερή στα οποία εγκλείονται δύο ξενιζόμενα μόρια. Σύγκριση της δομής αυτής με τη δομή του συμπλόκου β-κυκλοδεξτρίνης- Ν-ακέτυλο-D-θρυπτοφάνης θα βοηθήσει στην κατανόηση των παραγόντων που διέπουν τη χειρομορφική αναγνώριση από μόρια β-κυκλοδεξτρίνης.