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Enregistrement W4308555851 · doi:10.1101/2022.11.07.515533

High-throughput enzymology reveals mutations throughout a phosphatase that decouple catalysis and transition state analog affinity

2022· preprint· en· W4308555851 sur OpenAlexfundno aff
Craig J. Markin, Daniel A. Mokhtari, Siyuan Du, Tzanko Doukov, Fanny Sunden, Polly M. Fordyce, Daniel Herschlag

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2022
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueAlkaline Phosphatase Research Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchNational Institutes of HealthOno Pharma FoundationGordon and Betty Moore FoundationAlfred P. Sloan Foundation
Mots-clésActive siteTransition state analogChemistryAllosteric regulationEnzymeTransition stateBinding siteTransition (genetics)PhosphataseStereochemistryProtein Data Bank (RCSB PDB)Enzyme catalysisBiophysicsCatalysisBiochemistryBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Using High-Throughput Microfluidic Enzyme Kinetics (HT-MEK), we measured over 9,000 inhibition curves detailing impacts of 1,004 single-site mutations throughout the Alkaline Phosphatase PafA on binding affinity for two transition state analogs (TSAs), vanadate and tungstate. As predicted by catalytic models invoking transition state complementary, mutations to active site and active site-contacting residues had highly similar impacts on catalysis and TSA binding. Unexpectedly, most mutations to more distal residues which reduced catalysis had little or no impact on TSA binding and many even increased affinity for tungstate. These disparate effects are accounted for by a model in which distal mutations alter the enzyme’s conformational landscape and increase occupancy of microstates that are catalytically less effective but better able to accommodate larger transition state analogs. In support of this model, glycine substitutions (rather than valine) were more likely to increase tungstate affinity, presumably due to increased conformational flexibility and increased occupancy of previously disfavored microstates. These results indicate that residues throughout an enzyme provide specificity for the transition state and discriminate against analogs that are larger only by tenths of an Ångström. Thus, engineering enzymes that rival the most powerful natural enzymes will likely require consideration not just of residues in and around the active site, but also of more distal residues that shape the enzyme’s conformational landscape and finetune the active site. In addition, the extensive functional communication between the active site and remote residues may provide interconnections needed for allostery and make allostery a highly evolvable trait. Significance Statement Transition state analogs (TSAs) resemble fleeting high-energy transition states and have been used to inhibit enzymes in nature and medicine, to learn about enzyme active site features, and to design and select new enzymes. While TSAs mimic transition states, they differ from actual TSs, and we exploit these differences here. Systematic TSA affinity measurements for 1,004 mutants of PafA (a model phosphatase enzyme) revealed effects in and around the active site that mirror their effects on catalysis, but TSA-binding and catalytic effects diverge more distally. These observations suggest that residues throughout an enzyme adjust its conformational landscape on the tenth-Ångström scale to optimize the active site for catalysis, rendering allostery more evolvable in nature but likely complicating enzyme design.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,297
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0000,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,026
Tête enseignante GPT0,290
Écart entre enseignants0,265 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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