Author ORCID Identifier

https://orcid.org/0000-0002-2956-9781 : James W. Gauld

Document Type

Article

Publication Date

8-2017

Publication Title

Canadian Journal of Chemistry

Volume

94

First Page

1151

Last Page

1162

DOI

10.1139/cjc-2016-0286

Keywords

aldehyde dehydrogenase, NAD, mutagenesis, molecular dynamics, binding conformation

Abstract

The NAD+-dependent enzyme, 1 -pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase (P5CDH), has an important role in proline and hydroxyproline catabolism for humans. Specifically, this aldehyde dehydrogenase is responsible for the oxidation of both L-glutamate--semialdehyde (GSA) and 4-erythro-hydroxy-L-glutamate--semialdehyde (4-OH-GSA) to their respective L-glutamate product forms. We have performed a detailed molecular dynamics (MD) study of both the reactant and product complex structures of P5CDH to gain insights into ligand binding (i.e., GSA, 4-OH-GSA, NAD+, GLU) in the active site. Moreover, our investigations were further extended to examine the structural impact of S352L, S352A, and E314A mutations on the deficiency in the P5CDH enzymatic activity. Our in silico mutation analysis indicated that the conserved Glu447 has significantly shifted in both the S352L and E314A mutants, causing NAD+ to be displaced from its predictive orientation in the binding site and hence forming a catalytically inactive enzyme. However in the case of S352A, the catalytic site including the oxyanion hole and Cys348 remain virtually unchanged, and the coenzyme maintains its binding position.

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La 1 -pyrroline-5-carboxylate déshydrogénase (P5CDH), une enzyme dépendante du NAD+, joue un rôle important dans le catabolisme de la proline et de l’hydroxyproline chez l’humain. En particulier, cette aldéhyde déshydrogénase est responsable de l’oxydation du L-glutamate--semialdéhyde (GSA) et du 4-érythro-hydroxy-L-glutamate--semialdéhyde (4-OH-GSA) en leurs formes respectives du L-glutamate. Nous avons réalisé une étude détaillée de dynamique moléculaire (DM) portant sur les structures des réactifs (c.-a`-d. le GSA, le 4-OH-GSA, le NAD+ et le GLU) et celles de leurs complexes avec la P5CDH en vue de mieux comprendre la liaison du ligand au site actif. De plus, nous avons approfondi nos recherches afin d’examiner l’incidence structurale des mutations S352L, S352A et E314A sur la réduction de l’activité enzymatique de la P5CDH. Notre analyse in silico des mutations a montré que le résidu Glu447 conservé dans les mutants S352L et E314A s’est considérablement déplacé, ce qui a entraîné un changement de position du NAD+ par rapport a` son orientation prévue dans le site de liaison, et par conséquent, la formation d’une enzyme inactive sur le plan catalytique. Toutefois, dans le cas de la mutation S352A, le site catalytique comprenant le trou oxyanion et le résidu Cys348 demeure essentiellement inchangé, et la coenzyme conserve la position de sa liaison. [Traduit par la Rédaction]

Available for download on Sunday, May 07, 2119

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