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Imitating evolution’s tinkering by protein engineering reveals extension of human galectin-7 activity
Histochemistry and Cell Biology ( IF 2.3 ) Pub Date : 2021-06-21 , DOI: 10.1007/s00418-021-02004-w
Anna-Kristin Ludwig 1 , Malwina Michalak 2 , Adele Gabba 3 , Tanja J Kutzner 1 , Donella M Beckwith 4 , Forrest G FitzGerald 4 , Gabriel García Caballero 1 , Joachim C Manning 1 , Mark Kriegsmann 5 , Herbert Kaltner 1 , Paul V Murphy 3 , Maré Cudic 4 , Jürgen Kopitz 2 , Hans-Joachim Gabius 1
Affiliation  

Wild-type lectins have distinct types of modular design. As a step to explain the physiological importance of their special status, hypothesis-driven protein engineering is used to generate variants. Concerning adhesion/growth-regulatory galectins, non-covalently associated homodimers are commonly encountered in vertebrates. The homodimeric galectin-7 (Gal-7) is a multifunctional context-dependent modulator. Since the possibility of conversion from the homodimer to hybrids with other galectin domains, i.e. from Gal-1 and Gal-3, has recently been discovered, we designed Gal-7-based constructs, i.e. stable (covalently linked) homo- and heterodimers. They were produced and purified by affinity chromatography, and the sugar-binding activity of each lectin unit proven by calorimetry. Inspection of profiles of binding of labeled galectins to an array-like platform with various cell types, i.e. sections of murine epididymis and jejunum, and impact on neuroblastoma cell proliferation revealed no major difference between natural and artificial (stable) homodimers. When analyzing heterodimers, acquisition of altered properties was seen. Remarkably, binding properties and activity as effector can depend on the order of arrangement of lectin domains (from N- to C-termini) and on the linker length. After dissociation of the homodimer, the Gal-7 domain can build new functionally active hybrids with other partners. This study provides a clear direction for research on defining the full range of Gal-7 functionality and offers the perspective of testing applications for engineered heterodimers.



中文翻译:

通过蛋白质工程模仿进化的修补揭示了人类 galectin-7 活性的扩展

野生型凝集素具有不同类型的模块化设计。作为解释其特殊状态的生理重要性的一个步骤,假设驱动的蛋白质工程用于产生变体。关于粘附/生长调节半乳凝素,非共价结合的同源二聚体通常在脊椎动物中遇到。同二聚半乳糖凝集素 7 (Gal-7) 是一种多功能的上下文依赖性调节剂。由于最近发现了从同源二聚体转变为与其他半乳凝素结构域(即来自 Gal-1 和 Gal-3)的杂合体的可能性,我们设计了基于 Gal-7 的构建体,即稳定(共价连接)的同源二聚体和异源二聚体。它们是通过亲和色谱法生产和纯化的,并且通过量热法证明了每个凝集素单元的糖结合活性。检查标记的半乳凝素与具有各种细胞类型(即鼠附睾和空肠切片)的阵列样平台的结合概况以及对神经母细胞瘤细胞增殖的影响表明天然和人工(稳定)同源二聚体之间没有重大差异。在分析异二聚体时,可以看到获得了改变的特性。值得注意的是,作为效应子的结合特性和活性可能取决于凝集素结构域(从 N 端到 C 端)的排列顺序和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。小鼠附睾和空肠切片以及对神经母细胞瘤细胞增殖的影响表明天然和人工(稳定)同源二聚体之间没有重大差异。在分析异二聚体时,可以看到获得了改变的特性。值得注意的是,作为效应子的结合特性和活性可能取决于凝集素结构域(从 N 端到 C 端)的排列顺序和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。小鼠附睾和空肠切片以及对神经母细胞瘤细胞增殖的影响表明天然和人工(稳定)同源二聚体之间没有重大差异。在分析异二聚体时,可以看到获得了改变的特性。值得注意的是,作为效应子的结合特性和活性可能取决于凝集素结构域(从 N 端到 C 端)的排列顺序和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。和对神经母细胞瘤细胞增殖的影响表明天然和人工(稳定)同源二聚体之间没有重大差异。在分析异二聚体时,可以看到获得了改变的特性。值得注意的是,作为效应子的结合特性和活性可能取决于凝集素结构域(从 N 端到 C 端)的排列顺序和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。和对神经母细胞瘤细胞增殖的影响表明天然和人工(稳定)同源二聚体之间没有重大差异。在分析异二聚体时,可以看到获得了改变的特性。值得注意的是,作为效应子的结合特性和活性可能取决于凝集素结构域(从 N 端到 C 端)的排列顺序和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。作为效应子的结合特性和活性取决于凝集素结构域的排列顺序(从 N 端到 C 端)和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。作为效应子的结合特性和活性取决于凝集素结构域的排列顺序(从 N 端到 C 端)和接头长度。在同源二聚体解离后,Gal-7 域可以与其他伙伴构建新的功能活跃的杂种。本研究为定义 Gal-7 全系列功能的研究提供了明确的方向,并为工程异二聚体的测试应用提供了视角。

更新日期:2021-06-21
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