Crystal Structure of Wind, a PDI-Related Protein Required for Drosophila melanogaster Dorsal-Ventral Development
Kristallstruktur von Wind, ein PDI-verwandtes Protein, das für die dorsoventrale Entwicklung von Drosophila melanogaster erforderlich ist
by Ma Qingjun
Date of Examination:2003-07-02
Date of issue:2003-11-17
Advisor:Prof. Dr. George M. Sheldrick
Referee:Prof. Dr. Ralf Ficner
Referee:Prof. Dr. Isabel Usón
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2029
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Wind is a key factor to trigger dorsal-ventral patterning in the Drosophila embryo development. Genetic experiments indicate that Wind is required for targeting the dorsal-ventral patterning protein, Pipe, from the ER to the Golgi. So far the mechanism is unknown at the molecular level. Here, we have determined the three-dimensional structure of Wind with X-ray crystallography to 1.9 Å resolution. This crystal structure and the site directed mutagenesis studies based on it greatly promote our insight into the relationship of the structure and function of Wind.Wind is a PDI-related ER resident protein consisting of two distinct domains: an N-terminal thioredoxin-like b-domain and a C-terminal helical D-domain, connected by a short linker. Due to the flexibility of the linker, the orientation of the two domains could vary, which might be important for substrate capture.Wind exists as a homodimer both in the crystal and in solution. The dimer is formed by a head-to-tail arrangement of the b-domains without the participation of the D-domains. The dimerization yields a deep dimer cleft, which is large enough to hold a small peptide. This dimer cleft is negatively charged, with a considerable hydrophobic band spanning the top. And the surface residues in the bank areas of this cleft are rather conserved in PDI-Dβ family. Although the b-domain is essential, in which a substrate binding site is proposed near the dimer cleft, the D-domain is also required for the function of Wind.
Keywords: Wind; windbeutel; Pipe; protein disulfide isomerase; PDI
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Das Wind-Protein ist ein Schlüsselfaktor/ wichtiger
Faktor in der Dorsoventral-Entwicklung während der
Embryogenese in Drosophila. Es wurde gezeigt, dass Wind
essentiell ist für die Translokation des Proteins Pipe.
Der Mechanismus bleibt aber weiterhin unklar. In dieser
Arbeit zeigen wir die 3D Struktur von Wind durch
Kristallographie bei einer Auflösung von 1,9 Ả. Durch
die Auflösung der Struktur und darauf basierende
site-directed-Mutagenese-Studien können wir unseren
Einblick bezüglich Struktur und Funktion von Wind
vertiefen.Wind wird der PDI-verwandten ER-Proteine zugeordnet
und setzt sich aus 2 unterschiedlichen Domänen
zusammen: einer N-terminalen Thioredoxin-ähnlichen
b-Domäne und einer C-terminalen helikalen D-Domäne
zusammen. Beide sind über eine Linker-Sequenz
miteinander verbunden. Aufgrund der Linker-Flexibilität
kann die Orientierung der 2 Domänen variieren. Dieses
könnte für die Substrat-Bindung wichtig sein.Wind liegt als Homodimer vor, sowohl in 3D-Struktur
als auch in Lösung. Dieses Dimer wird durch eine
Kopf-Schwanz -Anordnung der b-Domänen bebildet, ohne
jegliche Beteiligung der D-Domänen. Bei der
Dimerisierung bildet sich eine tiefe Spalte, welche
gross genug ist, um kleine peptide zu binden/
festzuhalten. Diese Spalte ist negativ geladen und
weist beträchtliche Hydrophobizität auf der Oberfläche
auf. Die Aminosäurereste an der Oberfläche in der Nähe
der Spalte sind in der PDI-Dß-Familie konserviert.
Obwohl die b-Domäne mit einer möglichen
Substrat-Bindestelle nah des Dimerspalts essentiell
ist, spielt aber auch die D-Domäne für die Funktion des
Proteins Wind eine wichtige Rolle.
Schlagwörter: Wind; windbeutel; Pipe; Proteindisulfid-Isomerase; PDI