The Crystal Structure of Odorant Binding Protein 7 from Anopheles gambiae Exhibits an Outstanding Adaptability of Its Binding Site

Abstract The Anopheles gambiae is a highly anthropophilic mosquito which is the leading vector for malaria. This disease has affected more than 500 million people worldwide. The Anopheles gambiae targets its hosts through the odors of the human skin and sweat where odorant molecules radiate. These odors elicit specific responses from the insect through the odorant – binding proteins (OBP). Recently, a specific type of OBP has been characterized which is known as the Anopheles gambiae odorant – binding protein 20 (AgamOBP20). This OBP is highly expressed in the female mosquito antennae during the peak of its host – seeking behavior and thus may play a role in olfactory perception. The binding site of the AgamOBP20 is composed primarily of hydrophobic residues wherein the importance of each residue is herein analysed to further understand the properties of AgamOBP20. This was carried out through computer – aided site – directed mutagenesis coupled with homology modelling and docking simulations wherein each residue in the binding site was changed to alanine and serine. Probable key amino acid residues were identified as LEU106, LEU107, and MET53 which are hypothesized to play a significant role in the protein – ligand interaction. These residues had the greatest impact in the binding free energy when mutated with alanine and serine. The presented results suggest that steric hindrance and hydrophobic interaction are crucial factors to consider on the manner in which the ligand binds with AgamOBP20. The molecular features and parameters obtained may be utilized for the development of new pesticides and repellents that are able to block the function of AgamOBP20 and may result to the disarray of the host – seeking behavior of the Anopheles gambiae.

Download Full-text

The Blunt Trichoid Sensillum of Female Mosquitoes, Anopheles gambiae: Odorant Binding Protein and Receptor Types

International Journal of Biological Sciences ◽

10.7150/ijbs.8754 ◽

2014 ◽

Vol 10 (4) ◽

pp. 426-437 ◽

Cited By ~ 10

Author(s):

Anna Schultze ◽

Heinz Breer ◽

Jürgen Krieger

Keyword(s):

Anopheles Gambiae ◽

Binding Protein ◽

Odorant Binding Protein ◽

Odorant Binding

Download Full-text

Female Anopheles gambiae antennae: increased transcript accumulation of the mosquito-specific odorant-binding-protein OBP2

Parasites & Vectors ◽

10.1186/1756-3305-5-27 ◽

2012 ◽

Vol 5 (1) ◽

pp. 27 ◽

Cited By ~ 5

Author(s):

Seth A Hoffman ◽

Lakshminarayanan Aravind ◽

Soundarapandian Velmurugan

Keyword(s):

Anopheles Gambiae ◽

Binding Protein ◽

Odorant Binding Protein ◽

Transcript Accumulation ◽

Odorant Binding

Download Full-text

Δομική και βιοχημική μελέτη των πρωτεϊνών δέσμευσης οσμογόνων μορίων (Odorant Binding Protein, OBP) του ανωφελή κώνωπα (Anopheles gambiae)

10.12681/eadd/41212 ◽

2017 ◽

Author(s):

Χριστίνα Δράκου

Keyword(s):

Anopheles Gambiae ◽

Binding Protein ◽

Odorant Binding Protein ◽

Odorant Binding

Οι ΟΒΡ είναι μια τάξη μεταφορικών πρωτεϊνών των εντόμων που μεταφέρουν οσμές από τον αέρα στους υποδοχείς των οσφρητικών νευρώνων στις κεραίες των κουνουπιών. Η δομική και βιοχημική μελέτη των πρωτεϊνών αυτών συντελεί στην κατανόηση των κανόνων που διέπουν την αναγνώριση των οσμών σε μοριακό επίπεδο και μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων διαταρακτών της φυσιολογικής οσφρητικής λειτουργίας των κουνουπιών με βελτιωμένη συγγένεια και εξειδίκευση. Τέτοιες ενώσεις αποσκοπούν στο να μειώσουν την ικανότητα των κουνουπιών να εντοπίζουν τον ανθρώπινο στόχο και έτσι να συμβάλλουν στη μείωση μετάδοσης ασθενειών, όπως η ελονοσία, που μεταφέρονται με διαβιβαστές.Στo πλαίσιo αυτής της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν οι πρωτεΐνες δέσμευσης οσμογόνων μορίων του ανωφελή κώνωπα AgamOBP1, AgamOBP4, AgamOBP5 και AgamOBP48. Η κρυσταλλογραφική μελέτη των συμπλόκων της AgamOBP1 με τα δύο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εντομοαπωθητικά, του DEET και της Ικαριδίνης, αποκάλυψε ένα κοινό τρόπο πρόσδεσης, την ικανότητα στερεο-εκλεκτικής αναγνώρισης της Ικαριδίνης από την AgamOBP1 καθώς και ένα νέο κέντρο πρόσδεσης εντομοαπωθητικών. Η μελέτη της πρωτεΐνης AgamOBP4 αποκάλυψε την ευκαμψία της πρωτεΐνης σε όξινο περιβάλλον. Ο προσδιορισμός της δομής των συμπλόκων αυτής με το ινδόλιο και το 1-ΝΡΝ αποκάλυψε την ύπαρξη δύο διακριτών υποκέντρων πρόσδεσης που σε συνδυασμό μπορούν να τύχουν εκμετάλλευσης για το σχεδιασμό βελτιστοποιημένων προσδετών. Η πρωτεΐνη AgamOBP48 αποτελεί το πρώτο παράδειγμα στα δίπτερα μιας OBP που σχηματίζει ένα σταθερό ομοδιμερές τρισδιάστατης ανταλλαγής αυτοτελών περιοχών, δημιουργώντας έτσι ένα συνδυαστικό κέντρο πρόσδεσης. Η φθορισμομετρική μελέτη πρόσδεσης ενός μεγάλου αριθμού ενώσεων από την συλλογή του USDA με γνωστή φυσιολογική δράση στις πρωτεΐνες AgamOBP1, -4 και -5, έδειξε ότι ενώσεις που προσδένονται ισχυρά στις OBP δεν επάγουν απαραίτητα μια επιθυμητή φυσιολογική απόκριση στο κουνούπι.Συνολικά τα αποτελέσματά μας, υποδεικνύουν ότι για την ανακάλυψη και το σχεδιασμό νέων απωθητικών/ελκυστικών με βάση τη δομή των OBP θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη εκτός από την επιθυμητή συγγένεια, τόσο η κατάσταση ολιγομερισμού όσο και ο τρόπος σύνδεσης, αφού πιθανόν αυτός ο τελευταίος παράγοντας είναι ο καθοριστικός για την εκλεκτικότητα και την εκδήλωση της βιολογικής δράσης.

Download Full-text

A Highly Selective Biosensor Based on Peptide Directly Derived from the HarmOBP7 Aldehyde Binding Site

Sensors ◽

10.3390/s19194284 ◽

2019 ◽

Vol 19 (19) ◽

pp. 4284 ◽

Cited By ~ 7

Author(s):

Tomasz Wasilewski ◽

Bartosz Szulczyński ◽

Marek Wojciechowski ◽

Wojciech Kamysz ◽

Jacek Gębicki

Keyword(s):

Binding Site ◽

Binding Protein ◽

Odorant Binding Protein ◽

Experimental Results ◽

Ligand Docking ◽

Peptide Ligand ◽

Optimal Length ◽

Ligand Interaction ◽

Chain Lengths ◽

Odorant Binding

This paper presents the results of research on determining the optimal length of a peptide chain to effectively bind octanal molecules. Peptides that map the aldehyde binding site in HarmOBP7 were immobilized on piezoelectric transducers. Based on computational studies, four Odorant Binding Protein-derived Peptides (OBPPs) with different sequences were selected. Molecular modelling results of ligand docking with selected peptides were correlated with experimental results. The use of low-molecular synthetic peptides, instead of the whole protein, enabled the construction OBPPs-based biosensors. This work aims at developing a biomimetic piezoelectric OBPPs sensor for selective detection of octanal. Moreover, the research is concerned with the ligand binding affinity depending on different peptides’ chain lengths. The authors believe that the chain length can have a substantial influence on the type and effectiveness of peptide–ligand interaction. A confirmation of in silico investigation results is the correlation with the experimental results, which shows that the highest affinity to octanal is exhibited by the longest peptide (OBPP4 – KLLFDSLTDLKKKMSEC-NH2). We hypothesized that the binding of long chain aldehydes to the peptide, mimicking the binding site of HarmOBP7, induced a conformational change in the peptide deposited on a selected transducer. The constructed OBPP4-based biosensors were able to selectively bind octanal in the gas phase. It was also shown that the sensors were characterized by high selectivity with respect to octanal, as well as to acetaldehyde and benzaldehyde. The results indicate that the OBPP4 peptide, mimicking the binding domain in the Odorant Binding Protein, can provide new opportunities for the development of biomimicking materials in the field of odor biosensors.

Download Full-text