Missense variants of human phosphoglucomutase 1 (PGM1) cause the inherited metabolic disease known as PGM1 deficiency. This condition is categorised as both a glycogen storage disease and a congenital disorder of glycosylation. Approximately 20 missense variants of PGM1 are linked to PGM1 deficiency, and biochemical studies have suggested that they fall into two general categories: those affecting the active site and catalytic efficiency, and those that appear to impair protein folding and/or stability. In this study, we characterise a novel variant of Arg422, a residue distal from the active site of PGM1 and the site of a previously identified disease‐related variant (Arg422Trp). In prior studies, the R422W variant was found to produce insoluble protein in a recombinant expression system, precluding further in vitro characterisation. Here we investigate an alternative variant of this residue, Arg422Gln, which is amenable to experimental characterisation presumably due to its more conservative physicochemical substitution. Biochemical, crystallographic, and computational studies of R422Q establish that this variant causes only minor changes in catalytic efficiency and 3D structure, but is nonetheless dramatically reduced in stability. Unexpectedly, binding of a substrate analog is found to further destabilise the protein, in contrast to its stabilising effect on wild‐type PGM1 and several other missense variants. This work establishes Arg422 as a lynchpin residue for the stability of PGM1 and supports the impairment of protein stability as a pathomechanism for variants that cause PGM1 deficiency.

中文翻译：

---

远离活性位点的错义变体损害人磷酸葡萄糖变位酶 1 的稳定性。

人类磷酸葡萄糖变位酶 1 (PGM1) 的错义变异导致遗传性代谢疾病，称为 PGM1 缺乏症。这种情况被归类为糖原贮积病和先天性糖基化障碍。PGM1 的大约 20 个错义变体与 PGM1 缺乏有关，生化研究表明它们分为两大类：影响活性位点和催化效率的那些，以及那些似乎损害蛋白质折叠和/或稳定性的。在这项研究中，我们表征了 Arg422 的一种新变体，它是远离 PGM1 活性位点和先前确定的疾病相关变体 (Arg422Trp) 位点的残基。在之前的研究中，发现 R422W 变体在重组表达系统中产生不溶性蛋白质，从而排除了进一步的体外表征。在这里，我们研究了该残基的替代变体 Arg422Gln，可能是由于其更保守的物理化学取代，因此可以进行实验表征。R422Q 的生化、晶体学和计算研究表明，这种变体只会引起催化效率和 3D 结构的微小变化，但稳定性却大大降低。出乎意料的是，与其对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反，发现底物类似物的结合会进一步破坏蛋白质的稳定性。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。这可能是由于其更保守的物理化学取代而易于进行实验表征。R422Q 的生化、晶体学和计算研究表明，这种变体只会引起催化效率和 3D 结构的微小变化，但稳定性却大大降低。出乎意料的是，与其对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反，发现底物类似物的结合会进一步破坏蛋白质的稳定性。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。这可能是由于其更保守的物理化学取代而易于进行实验表征。R422Q 的生化、晶体学和计算研究表明，这种变体只会引起催化效率和 3D 结构的微小变化，但稳定性却大大降低。出乎意料的是，与其对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反，发现底物类似物的结合会进一步破坏蛋白质的稳定性。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。R422Q 的计算研究表明，该变体仅导致催化效率和 3D 结构的微小变化，但稳定性却显着降低。出乎意料的是，与其对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反，发现底物类似物的结合会进一步破坏蛋白质的稳定性。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。R422Q 的计算研究表明，该变体仅导致催化效率和 3D 结构的微小变化，但稳定性却显着降低。出乎意料的是，与其对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反，发现底物类似物的结合会进一步破坏蛋白质的稳定性。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。与它对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。与它对野生型 PGM1 和其他几种错义变体的稳定作用相反。这项工作将 Arg422 确立为 PGM1 稳定性的关键残基，并支持蛋白质稳定性受损作为导致 PGM1 缺陷的变异的病理机制。