Improving the cell-membrane-penetrating activity of globins by introducing positive charges on protein surface: A case study of sperm whale myoglobin

神经红蛋白 肌红蛋白 珠蛋白 血红蛋白 抹香鲸 细胞 生物物理学 斑马鱼 化学 膜蛋白 生物化学 细胞膜 跨膜蛋白 细胞生物学 生物 基因 受体
作者
Shu‐Qin Gao,Hong Yuan,Xinghong Yang,Heng-Fang Xiang,Xiangshi Tan,Ge Wen,Ying‐Wu Lin
出处
期刊:Biochemical and Biophysical Research Communications [Elsevier BV]
卷期号:598: 26-31 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.bbrc.2022.02.013
摘要

Globins are heme proteins such as hemoglobin (Hb), myoglobin (Mb) and neuroglobin (Ngb), playing important roles in biological system. In addition to normal functions, zebrafish Ngb was able to penetrate cell membranes, whereas less was known for other globin members. In this study, to improve the cell-membrane-penetrating activity of globins, we used sperm whale Mb as a model protein and constructed a quadruple mutant of G5K/Q8K/A19K/V21K Mb (termed 4K Mb), by introduction of four positive charges on the protein surface, which was designed according to the amino acid alignment with that of zebrafish Ngb. Spectroscopic and crystallographic studies showed that the four positively charged Lys residues did not affect the protein structure. Cell-membrane-penetrating essay further showed that 4K Mb exhibited enhanced activity compared to that of native Mb. This study provides valuable information for the effect of distribution of charged residues on the protein structure and the cell-membrane-penetrating activity of globins. Therefore, it will guide the design of protein-based biomaterials for biological applications.

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