The effects of centrin mutations on the affinity, stability, and structure of the Centrin-Sfi1p21 complex

Abstract

Centrin is a small, calcium binding protein part of the EF-hand superfamily. As one of the 347 eukaryotic signature proteins (ESPs), centrin has no bacterial or archaea homologue. Centrin is required for centriole duplication and assembly of cilia and flagella. In human cells, centrin is found as three isoforms, termed centrin 1-3, respectively. Centrin 1 is found in the base of the flagella in the sperm, centrin 2 and centrin 3 are ubiquitously expressed in all somatic cells, but centrin 2 has also been found to regulate DNA excision repair within the nucleus and export mRNA and other proteins from the nucleus. As an ESP, centrin has a wide range of biological targets with whom it interacts, one of them being Sfi1. Sfi1 is a vital centriolar protein required for its duplication. Variations in centrin’s sequence can affect its structure and function, resulting in weaker interactions with its biological targets. Circular dichroism (CD) and isothermal titration calorimetry (ITC) are spectroscopic and thermodynamic techniques, respectively, that were used to characterize non-conserved mutations in centrin 1 and centrin 2 and their effect on centrin’s secondary structure and its interaction with a fragment of human Sfi1 (HsSfi1p21). From CD analyses it was observed that the non-conserved variations contribute to the helical content and increase thermal stability. Thermodynamic binding parameters obtained by ITC indicated that the non-conserved variation affected the interaction interface between the studied variant and HsSfi1p21.

Centrin es una pequeña proteína que enlazante de calcio y es parte de la superfamilia de la mano EF. Como una de las 347 proteínas esenciales para la vida (ESP, por sus siglas en inglés), centrin no tiene un homólogo en bacterias o arqueas. Centrin es requerida para la duplicación del centriolo y ensamblaje de cilios y flagela. En células humanas, centrin se encuentra como tres isoformas, nombradas centrin 1-3, respectivamente. Centrin 1 se encuentra en la base de la flagela en los espermatozoides, centrin 2 y centrin 3 son expresados de manera ubicua en las células somáticas, pero centrin 2 también se ha encontrado que regula la reparación del DNA dentro del núcleo y exporta mRNA y otras proteínas del núcleo. Como una ESP, centrin tiene un amplio rango de blancos biológicos con los cuales interacciona, uno de ellos siendo Sfi1. Sfi1 es una proteína centriolar vital requerida para la duplicación de éste. Variaciones en la secuencia de centrin pueden afectar su estructura y función, resultando en interacciones más débiles con sus blancos biológicos. Dicroísmo circular (CD, por sus siglas en inglés) y titulación calorimétrica isotermal (ITC, por sus siglas en inglés) son técnicas espectroscópicas y termodinámicas, respectivamente, que se utilizaron para caracterizar variaciones no-conservadas en centrin 1 y centrin 2; su efecto en sobre la estructura secundaria de centrin y su interacción con un fragmento de Sfi1 humano (HsSfi1p21). A partir de los análisis de CD se observó que las variaciones no conservadas contribuyen al contenido helicoidal y aumentan la estabilidad termal. Los parámetros termodinámicos de enlazamiento obtenidos por ITC indicaron que la variación no-conservada afectó la interacción entre la variante estudiada y HsSfi1p21.