Dynamic and structural properties of amyloid forming and intrinsically disordered polypeptide chains determined by time-resolved FRET measurements

Abstract

Amyloidbildende Polypeptidketten, wie Polyglutaminbereiche in Proteinen werden im Zusammenhang mit mehr als neun der erweiterten CAG-repeat Krankheiten, z.B. der bekannten Chorea Huntington-Krankheit, diskutiert. Um den molekularen Mechanismus des krankheitsbedingten Verhaltens zu verstehen wird ein Polyglutamin mit 14 Aminosäuren, gekoppelt mit FRETChromophoren, verwendet und mit nicht-amyloiden Polypeptidketten verglichen. Die zeitaufgelöste FRET-Methode (trFERT) liefert Informationen über die Innerketten-Dynamik und -Dimension unstrukturierter Polypeptidketten. Für Q14 wurde eine extrem langsame Kettendynamik gefunden. Ein intramolekulares Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen von Q14 könnte die langsamere Dynamik, die höhere konformationelle Aktivierungsenergie und die hohe Sensitivität zum Denaturierungsmittel GdmCl im Vergleich zu nicht-amyloidischen Modellpolypeptidketten erklären. Die hier gefundenen ungewöhnlichen Eigenschaften von Q14 auf monomerer Ebene sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis des amyloidischen Charakters und zur Entwicklung zukünftiger therapeutischer Medikamente.

Amyloid forming polypeptide chains such as polyglutamine tracts in proteins are discussed in the context of at least nine of expanded CAG repeat diseases e.g. the well-known Chorea Huntington disease. To understand the molecular mechanism of the disease-related behavior, a polyglutamine of 14 amino acids coupled with FRET chromophores were used and compared with non-amyloidic polypeptide chains. The time-resolved FRET method (trFERT) provides information on the intrachain dynamics and dimension of unstructured polypeptide chains. An extremely slow chain dynamics was found for Q14. An intramoleculare network of hydrogen bonds of Q14 may explain the found slow dynamics, the higher conformational activation energy and the high sensitivity to the denaturant GdmCl compared to non-amyloidic model polypeptide chains. The unusual properties of Q14 at the monomeric level are an important step to understand the amyloidic character and to develop future therapeutic drugs.