Structural basis for the chaperone activity of alpha-B crystallin by solid- state NMR

Abstract

The chaperone alpha-B crystallin is a paradigm example of a major challenge for modern structural biology. Its intrinsic polydispersity, heterogeneity and oligomeric architecture have hampered high resolution structural studies by solution NMR spectroscopy or X-ray crystallography. Solid-state NMR is a technique that is particularly useful for studies of the structure and dynamics of systems that are insoluble, heterogenous or oligomeric. This thesis describes a structural link between alpha-B crystallin oligomerization, pH activation and substrate protein binding. The data suggest that oligomerization serves as a mechanism of chaperone autoinhibition. Oligomerization sites can be activated by pH and may serve as chaperone binding sites. To my knowledge, this study presents for the first time a chaperone binding site of full-length alpha-B crystallin (in complex with proteins involved in cataract formation and Parkinson’s disease), mapped at atomic resolution.

Das Chaperon alpha-B crystallin ist ein Paradebeispiel für eine Herausforderung für die heutige Strukturbiologie. Die Polydispersität, Heterogenität und oligomere Architektur des Proteins haben strukturelle Untersuchungen mittels Lösungs-NMR und Röntgenkristallographie erschwert. Festkörper-NMR hingegen eignet sich besonders für Struktur- und Dynamikuntersuchungen an Systemen die unlöslich und/oder heterogen sind oder grosse Oligomere bilden. Diese Arbeit beschreibt Mechanismen der alpha-B crystallin Oligomerisierung, pH Aktivierung und Interaktion mit Substratproteinen. Die dargestellten Daten weisen darauf hin, dass sich das Chaperon durch Oligomer-Bildung selbst inhibiert. Kontaktstellen der Oligomerisierung können durch eine Veränderung des pH Wertes moduliert und aktiviert werden. Die Kontaktstelle kann dann alternativ ein Substratprotein binden. Nach meinem Kenntnisstand beschreibt diese Arbeit zum ersten mal eine Bindetasche von alpha-B crystallin im Komplex mit Substraten, die potentielle Auslöser für Katarkate und die Parkinson’s Krankheit darstellen, auf atomarer Auflösung.