How cellular functions are regulated through protein phosphorylation events that promote or inhibit protein–protein interactions (PPIs) is key to understanding regulatory molecular mechanisms. Whilst phosphorylation can orthosterically or allosterically influence protein recognition, phospho-driven changes in the conformation of recognition motifs are less well explored. We recently discovered that clathrin heavy chain recognizes phosphorylated TACC3 through a helical motif that, in the unphosphorylated protein, is disordered. However, it was unclear whether and how phosphorylation could stabilize a helix in a broader context. In the current manuscript, we address this challenge using poly-Ala-based model peptides and a suite of circular dichroism and nuclear magnetic resonance spectroscopies. We show that phosphorylation of a Ser residue stabilizes the α-helix in the context of an Arg(i−3)pSeri Lys(i+4) triad through charge-reinforced side chain interactions with positive co-operativity, whilst phosphorylation of Thr induces an opposing response. This is significant as it may represent a general method for control of PPIs by phosphorylation; basic kinase-substrate motifs are common with 55 human protein kinases recognizing an Arg at a position −3 from the phosphorylated Ser, whilst the Arg(i−3)Seri Lys(i+4) is a motif found in over 2000 human proteins.

中文翻译：

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通过协同侧链电荷增强与碱性激酶底物基序中磷酸丝氨酸的相互作用来稳定α-螺旋

如何通过促进或抑制蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 的蛋白质磷酸化事件来调节细胞功能是了解调节分子机制的关键。虽然磷酸化可以正构或变构影响蛋白质识别，但磷酸化驱动的识别基序构象变化尚未得到很好的探索。我们最近发现网格蛋白重链通过螺旋基序识别磷酸化的 TACC3，在未磷酸化的蛋白质中，该螺旋基序是无序的。然而，目前尚不清楚磷酸化是否以及如何在更广泛的背景下稳定螺旋。在目前的手稿中，我们使用基于 poly-Ala 的模型肽和一套圆二色性和核磁共振光谱来应对这一挑战。我们表明，在 Arg(i-3)pSeri Lys(i+4) 三联体的情况下，Ser 残基的磷酸化通过具有正协同作用的电荷增强侧链相互作用稳定了 α-螺旋，而 Thr 的磷酸化诱导反对的回应。这很重要，因为它可能代表了一种通过磷酸化控制 PPI 的通用方法；基本激酶底物基序与 55 种人类蛋白激酶共同识别磷酸化 Ser 的 -3 位上的 Arg，而 Arg(i-3)Seri Lys(i+4) 是在超过 2000 种人类蛋白质中发现的基序。这很重要，因为它可能代表了一种通过磷酸化控制 PPI 的通用方法；基本激酶底物基序与 55 种人类蛋白激酶共同识别磷酸化 Ser 的 -3 位上的 Arg，而 Arg(i-3)Seri Lys(i+4) 是在超过 2000 种人类蛋白质中发现的基序。这很重要，因为它可能代表了一种通过磷酸化控制 PPI 的通用方法；基本激酶底物基序与 55 种人类蛋白激酶共同识别磷酸化 Ser 的 -3 位上的 Arg，而 Arg(i-3)Seri Lys(i+4) 是在超过 2000 种人类蛋白质中发现的基序。