Methionine oxidation alters both helical assembly and disordered contacts in human TDP-43 C-terminal domain phase separation

蛋氨酸 生物物理学 化学 无规线圈 蛋白质结构 相(物质) 生物化学 核磁共振波谱 氧化磷酸化 血浆蛋白结合 构象变化 结晶学 氨基酸 分子间力 肽序列 肽 DNA 氧化还原 蛋白质结构域 蛋白质聚集 磷酸化 内在无序蛋白质 立体化学 蛋白质-蛋白质相互作用 圆二色性 结合位点 二维核磁共振波谱 翻译(生物学) 组氨酸 CTD公司
作者
Busra Ozguney,Ryan Z Puterbaugh,Renjith Viswanathan,Jayakrishna Shenoy,Priyesh Mohanty,Jeetain Mittal,Nicolas Lux Fawzi
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (31): e2537431123-e2537431123 被引量:3
标识
DOI:10.1073/pnas.2537431123
摘要

TAR DNA binding protein 43 (TDP-43), a key protein linked to ALS pathology, undergoes phase separation and forms functional assemblies via condensation within cells. The conserved region (CR) within its C-terminal domain (CTD) mediates self-assembly through helix-helix interactions, while the flanking intrinsically disordered regions (IDRs) contribute to phase separation through transient interactions involving aromatic and hydrophobic residues. The CTD contains ten methionine residues distributed equally between these regions, making it particularly susceptible to oxidative modifications. While methionine oxidation is known to impair phase separation, neither the precise mechanism nor the specific contribution of methionines in the CR compared to the IDRs has been determined. Here, we combine NMR spectroscopy and all-atom molecular dynamics (MD) simulations to reveal if and how methionine oxidation in each region differentially affects CTD structure and phase separation. We demonstrate that all methionine residues are vulnerable to oxidation, leading to distinct regional effects: oxidation of CR methionines disrupts helical structure and directly impairs intermolecular helical association, while oxidation of IDR methionines disrupts long-range contacts. Hence, oxidation of methionines in both regions contributes to impaired phase separation, albeit through different mechanisms. These findings establish methionines as critical redox-sensitive modulators of TDP-43 phase behavior and provide molecular insights into how oxidative stress may contribute to TDP-43 dysregulation in neurodegenerative diseases.
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