Mechanismus der Stabilisierung einer bakteriellen Kollagen-Treifachhelix in Abwesenheit von Hydroxyprolin

Das Zelloberflächenprotein Scl2 von Streptococcus pyogenes enthält eine globuläre N-terminale Domäne und eine kollagenartige Domäne, (Gly-Xaa-X'aa)(79), die eine Treifachhelix mit einer thermischen Stabilität bildet, die nahe der von Säugetierkollagenen liegt. Hyp ist ein wesentlicher Faktor für die Stabilität der Treifachhelix in tierischen Kollagenen, kommt jedoch in Bakterien nicht vor, die prolyl-hydroxylase fehlen. Um die Grundlage der Stabilität der bakteriellen Kollagen-Treifachhelix in Abwesenheit von Hyp zu untersuchen, wurden biophysikalische Studien an rekombinantem Scl2-Protein, der isolierten kollagenartigen Domäne von Scl2 und einer Reihe von Peptiden, die die hochgeladenen repetitiven (Gly-Xaa-X'aa)(n) Sequenzen von Scl2 modellieren, durchgeführt. Bei pH 7 zeigten CD-Spektroskopie, dynamische Lichtstreuung und Differenzkalorimetrie des Scl2-Proteins alle einen sehr scharfen thermischen Übergang bei etwa 36 Grad C, was auf ein hochkooperatives Auseinanderfallen sowohl der globulären als auch der Treifachhelix-Domänen hindeutet. Die durch Trypsinverdau isolierte kollagenartige Domäne zeigte einen scharfen Übergang bei derselben Temperatur, mit einer Enthalpie von 12,5 kJ/mol des Tripeptids. Bei niedrigem pH wiesen Scl2 und seine isolierte kollagenartige Domäne eine erhebliche Destabilisierung vom neutralen pH-Wert auf, mit zwei thermischen Übergängen bei 24 und 27 Grad C. Eine ähnliche Destabilisierung bei niedrigem pH wurde für geladene Scl2-Modellpeptide beobachtet, und der Grad der Destabilisierung war mit der starken pH-Abhängigkeit, die aus der GKD-Tripeptid-Einheit resultiert, konsistent. Das Scl2-Protein enthielt doppelt so viel Ladung wie menschliche fibrillär bildende Kollagene, und der Grad der elektrostatischen Stabilisierung, der für Scl2 beobachtet wurde, war ähnlich dem Beitrag, den Hyp zur Stabilität von Säugetierkollagenen leistet. Der hohe enthalpische Beitrag zur Stabilität der kollagenartigen Domäne von Scl2 unterstützt die Anwesenheit eines Hydratationsnetzwerks in Abwesenheit von Hyp.