NMR chemical shifts in proteins depend strongly on local structure. The program TALOS establishes an empirical relation between 13C, 15N and 1H chemical shifts and backbone torsion angles ϕ and ψ (Cornilescu et al. J Biomol NMR 13 289–302, 1999). Extension of the original 20-protein database to 200 proteins increased the fraction of residues for which backbone angles could be predicted from 65 to 74%, while reducing the error rate from 3 to 2.5%. Addition of a two-layer neural network filter to the database fragment selection process forms the basis for a new program, TALOS+, which further enhances the prediction rate to 88.5%, without increasing the error rate. Excluding the 2.5% of residues for which TALOS+ makes predictions that strongly differ from those observed in the crystalline state, the accuracy of predicted ϕ and ψ angles, equals ±13°. Large discrepancies between predictions and crystal structures are primarily limited to loop regions, and for the few cases where multiple X-ray structures are available such residues are often found in different states in the different structures. The TALOS+ output includes predictions for individual residues with missing chemical shifts, and the neural network component of the program also predicts secondary structure with good accuracy.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVCommunicationNEXTValidation of Protein Structure from Anisotropic Carbonyl Chemical Shifts in a Dilute Liquid Crystalline PhaseGabriel Cornilescu, John L. Marquardt, Marcel Ottiger, and Ad BaxView Author Information Laboratory of Chemical Physics, Building 5 National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, National Institutes of Health Bethesda, Maryland 20892-0520 Cite this: J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 27, 6836–6837Publication Date (Web):June 23, 1998Publication History Received14 April 1998Published online23 June 1998Published inissue 13 June 1998https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja9812610https://doi.org/10.1021/ja9812610rapid-communicationACS PublicationsCopyright © 1998 American Chemical SocietyRequest reuse permissionsArticle Views3087Altmetric-Citations789LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-AlertscloseSupporting Info (1)»Supporting Information Supporting Information SUBJECTS:Chemical structure,Crystal structure,Liquid crystals,Liquids,X-rays Get e-Alerts

Abstract The ATPase Family, AAA domain-containing protein 2 (ATAD2) bromodomain (BRD) has a canonical bromodomain structure consisting of four α-helices. ATAD2 functions as a co-activator of the androgen and estrogen receptors as well as the MYC and E2F transcription factors. ATAD2 also functions during DNA replication, recognizing newly synthesized histones. In addition, ATAD2 is shown to be up regulated in multiple forms of cancer including breast, lung, gastric, endometrial, renal, and prostate. Furthermore, up-regulation of ATAD2 is strongly correlated with poor prognosis in many types of cancer, making the ATAD2 bromodomain an innovative target for cancer therapeutics. In this study, we describe the recognition of histone acetyllysine modifications by the ATAD2 bromodomain. Residue-specific information on the complex formed between the histone tail and the ATAD2 bromodomain, obtained through nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and X-ray crystallography, illustrates key residues lining the binding pocket, which are involved in coordination of di-acetylated histone tails. Analytical ultracentrifugation, NMR relaxation data, and isothermal titration calorimetry further confirm the monomeric state of the functionally active ATAD2 bromodomain in complex with di-acetylated histone ligands. Overall, we describe histone tail recognition by ATAD2 BRD and illustrate that one acetyllysine group is primarily engaged by the conserved asparagine (N1064), the “RVF” shelf residues, and the flexible ZA loop. Coordination of a second acetyllysine group also occurs within the same binding pocket, but is essentially governed by unique hydrophobic and electrostatic interactions making the di-acetyllysine histone coordination more specific than previously presumed.

The KRAS gene plays a pivotal role in numerous cancers by encoding a GTPase that upon association with the plasma membrane activates the MAPK pathway, promoting cellular proliferation. In our study, we investigated small molecules that disrupt KRAS's membrane interaction, hypothesizing that such disruption could in turn inhibit mutant RAS signaling. Native mass spectrometry screening of KRAS-FMe identified compounds with a preference for interacting with the hypervariable region (HVR), and surface plasmon resonance (SPR) further refined our selection to graveoline as a compound exhibiting preferential HVR binding. Subsequent nuclear magnetic resonance (NMR) analysis showed that graveoline's interaction with KRAS depends on C-terminal O-methylation. Moreover, our findings revealed multiple interaction sites, suggesting weak engagement with the KRAS G domain. Using nanodiscs as a membrane mimetic, further characterization through NMR and Förster resonance energy transfer (FRET) studies demonstrated graveoline's ability to perturb KRAS membrane interaction in a biochemical setting. Our biophysical approach sheds light on the intricate molecular mechanisms underlying KRAS-ligand interactions, providing valuable insights into understanding the KRAS-associated pathophysiology. These findings contribute to the translational aspect of our study, offering potential avenues for further research targeting KRAS membrane association with the potential to lead to a new class of RAS therapeutics.

Bromodomain-containing proteins are often part of chromatin-modifying complexes, and their activity can lead to altered expression of genes that drive cancer, inflammation and neurological disorders in humans. Bromodomain-PHD finger protein 1 (BRPF1) is part of the MOZ (monocytic leukemic zinc-finger protein) HAT (histone acetyltransferase) complex, which is associated with chromosomal translocations known to contribute to the development of acute myeloid leukemia (AML). BRPF1 contains a unique combination of chromatin reader domains including two plant homeodomain (PHD) fingers separated by a zinc knuckle (PZP domain), a bromodomain, and a proline-tryptophan-tryptophan-proline (PWWP) domain. BRPF1 is known to recruit the MOZ HAT complex to chromatin by recognizing acetylated lysine residues on the N-terminal histone tail region through its bromodomain. However, histone proteins can contain several acetylation modifications on their N-terminus, and it is unknown how additional marks influence bromodomain recruitment to chromatin. Here, we identify the BRPF1 bromodomain as a selective reader of di-acetyllysine modifications on histone H4. We used ITC assays to characterize di-acetylated histone ligands bound to the BRPF1 bromodomain and found that the domain binds preferentially to histone peptides H4K5acK8ac and H4K5acK12ac. Analytical ultracentrifugation (AUC) experiments revealed that the monomeric state of the BRPF1 bromodomain coordinates di-acetylated histone ligands. NMR chemical shift perturbation studies, along with binding and mutational analysis, revealed non-canonical regions of the bromodomain-binding pocket that are important for histone tail recognition. Together, our findings provide critical information on how the combinatorial action of post-translational modifications can modulate BRPF1 bromodomain binding and specificity.

Computational molecular dynamics, energy minimization, and modeling of molecular interactions are widely used in studies involving natural products, metabolites, and drugs. Manually directed computational steps commonly utilize an evolving collection of experimental and computational data, to which new data sources are added or modified as needed. Several software packages capable of incorporating sources of data are available, but the process remains error prone owing to the complexities of preparing and maintaining a consistent set of input files and the proper post-processing of derived data. We have devised a methodology and implemented it using an extensible software pipeline called RUNER (for Robust and Unique Nomenclature for Enhanced Reproducibility) that creates a robust and standardized computational process. The pipeline combines a web service and a graphical user interface (GUI) to enable seamless modifications and verified maintenance of atom force field parameters. The GUI provides an implementation for the widely used molecular modeling software package Xplor-NIH. We describe the RUNER software and demonstrate the rationale for the pipeline through examples of structural studies of small molecules and natural products. The software, pipeline, force field parameters, and file verification data for more than 4,100 compounds (including FDA-approved drugs and natural products) are freely accessible from [http://runer.nmrfam.wisc.edu].

The ATPase family, AAA+ domain-containing protein 2B (ATAD2B) is a nuclear protein that may play a role in the development of neuronal tissues and tumorigenesis. The ATAD2B protein contains a C-terminal bromodomain that is highly homologous to the ATAD2 bromodomain, with 74.7% sequence identity and 94.4% similarity. The ATAD2 bromodomain is an attractive drug target because overexpression of ATAD2 is positively correlated with the progression of multiple cancer types, and poor patient outcomes. Although ATAD2 and ATAD2B are highly conserved, little is known about the function of ATAD2B, or its role in oncogenesis. We hypothesized that the ATAD2B bromodomain would likely be involved in recognition of di-acetyllysine modifications on the histone tail, similarly to its ATAD2 paralog. We identified the acetylated histone ligands of the ATAD2B bromodomain using a combination of isothermal titration calorimetry and nuclear magnetic resonance techniques. Interestingly, the ATAD2B bromodomain has different substrate specificity than the ATAD2 bromodomain, preferentially selecting for the histone H4K5acK8ac ligand. NMR chemical shift perturbation assays and site-directed mutagenesis were used to map out the acetyllysine binding pocket, enabling characterization of residues involved in coordination of mono- and di-acetylated histone ligands by the ATAD2B bromodomain. In addition, the X-ray crystal structure of the ATAD2B bromodomain in complex with an ATAD2 bromodomain inhibitor was solved at 2.2 Å resolution. This structure revealed that critical contacts required for bromodomain inhibitor coordination are conserved between the ATAD2/B bromodomains, and many of these residues play a dual role in acetyllysine recognition.