Thermal Stabilization of Dihydrofolate Reductase Using Monte Carlo Unfolding Simulations and Its Functional Consequences
Notice bibliographique
Résumé
Design of proteins with desired thermal properties is important for scientific and biotechnological applications. Here we developed a theoretical approach to predict the effect of mutations on protein stability from non-equilibrium unfolding simulations. We establish a relative measure based on apparent simulated melting temperatures that is independent of simulation length and, under certain assumptions, proportional to equilibrium stability, and we justify this theoretical development with extensive simulations and experimental data. Using our new method based on all-atom Monte-Carlo unfolding simulations, we carried out a saturating mutagenesis of Dihydrofolate Reductase (DHFR), a key target of antibiotics and chemotherapeutic drugs. The method predicted more than 500 stabilizing mutations, several of which were selected for detailed computational and experimental analysis. We find a highly significant correlation of r=0.65-0.68 between predicted and experimentally determined melting temperatures and unfolding denaturant concentrations for WT DHFR and 42 mutants. The correlation between energy of the native state and experimental denaturation temperature was much weaker, indicating the important role of entropy in protein stability. The most stabilizing point mutation was D27F, which is located in the active site of the protein, rendering it inactive. However for the rest of mutations outside of the active site we observed a weak yet statistically significant positive correlation between thermal stability and catalytic activity indicating the lack of a stability-activity tradeoff for DHFR. By combining stabilizing mutations predicted by our method, we created a highly stable catalytically active E. coli DHFR mutant with measured denaturation temperature 7.2°C higher than WT. Prediction results for DHFR and several other proteins indicate that computational approaches based on unfolding simulations are useful as a general technique to discover stabilizing mutations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».