Article (Périodiques scientifiques)
Homology modeling and in vivo functional characterization of the zinc permeation pathway in a heavy metal P-type ATPase
Lekeux, Gilles; Crowet, Jean-Marc; Nouet, Cécile et al.
2019In Journal of Experimental Botany, 70, p. 329-341
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Mots-clés :
Zinc transport; homology modelling; molecular dynamics; in vivo imaging; P-type ATPase; HMA4
Résumé :
[en] The P1B ATPase Heavy Metal ATPase 4 (HMA4) is responsible for zinc and cadmium translocation from roots to shoots in the plant Arabidopsis thaliana. It couples ATP hydrolysis to cytosolic domain movements enabling metal transport across the membrane. Thanks to high conservation level within the P-type ATPase family, the role of the HMA4 cytoplasmic catalytic domains can be inferred from well characterized pumps. In contrast, the function of its terminal cytosolic extensions as well as the metal permeation mechanism through the membrane remains elusive. Here, homology modeling of the HMA4 transmembrane region was conducted based on the crystal structure of a ZntA bacterial homolog. The analysis highlighted amino acids forming a metal permeation pathway, whose importance was subsequently investigated functionally through mutagenesis and complementation experiments in plants. Although the zinc pathway displayed overall conservation among the two proteins, significant differences were observed, especially in the entrance area with altered electronegativity and the presence of a salt bridge/H-bond network. The analysis also newly identified amino acids whose mutation results in total or partial loss of the protein function. In addition, comparison of zinc and cadmium accumulation in shoots of A. thaliana complemented lines revealed a number of HMA4 mutants exhibiting different abilities in zinc and cadmium translocation. These observations could be instrumental to design low cadmium accumulating crops, hence decreasing human cadmium exposure .
Disciplines :
Biochimie, biophysique & biologie moléculaire
Auteur, co-auteur :
Lekeux, Gilles  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Centre d'ingénierie des protéines
Crowet, Jean-Marc  
Nouet, Cécile  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génomique fonctionnelle et imagerie moléculaire végétale
Joris, Marine
Jadoul, Alice ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génomique fonctionnelle et imagerie moléculaire végétale
Bosman, Bernard  ;  Université de Liège - ULiège > Département de Biologie, Ecologie et Evolution > Ecologie végétale et microbienne
Carnol, Monique  ;  Université de Liège - ULiège > Département de Biologie, Ecologie et Evolution > Ecologie végétale et microbienne
Motte, Patrick
Lins, Laurence  ;  Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Chimie des agro-biosystèmes
Galleni, Moreno ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Macromolécules biologiques
Hanikenne, Marc  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génomique fonctionnelle et imagerie moléculaire végétale
 Ces auteurs ont contribué de façon équivalente à la publication.
Langue du document :
Anglais
Titre :
Homology modeling and in vivo functional characterization of the zinc permeation pathway in a heavy metal P-type ATPase
Date de publication/diffusion :
2019
Titre du périodique :
Journal of Experimental Botany
ISSN :
0022-0957
eISSN :
1460-2431
Maison d'édition :
Oxford University Press, Royaume-Uni
Volume/Tome :
70
Pagination :
329-341
Peer reviewed :
Peer reviewed vérifié par ORBi
Organisme subsidiant :
F.R.S.-FNRS - Fonds de la Recherche Scientifique
Disponible sur ORBi :
depuis le 10 octobre 2018

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