Human cystatin C (HCC) is a cysteine protease inhibitor that takes a series of oligomeric forms in solution (e.g., dimers, trimers, tetramers, decamers, dodecamers, and other higher oligomers). The best-known form of cystatin C is the dimer, which arises as a result of a domain swapping mechanism. The formation of the HCC oligomeric forms, which is most likely due to this domain swapping mechanism, is associated with the aggregation of HCC into amyloid fibrils and deposits. To investigate the structure of a specific HCC oligomer, we developed a covalently stabilized trimer of HCC. An atomic model of this HCC trimer was proposed on the basis of molecular docking and molecular dynamics simulations. The most stable model of the HCC trimer obtained from the molecular dynamics simulations is characterized by a well-preserved secondary structure. The molecular size and structural parameters of the HCC trimer in solution were also confirmed by Small Angle Neutron Scattering and Nuclear Magnetic Resonance Diffusometry.

1.
V.
Turk
,
V.
Stoka
,
O.
Vasiljeva
,
M.
Renko
,
T.
Sun
,
B.
Turk
, and
D.
Turk
,
Biochim. Biophys. Acta, Proteins Proteomics
1824
,
68
(
2012
).
2.
S.
Verma
,
R.
Dixit
, and
K. C.
Pandey
,
Front. Pharmacol.
7
,
107
(
2016
).
3.
V.
Turk
,
V.
Stoka
, and
D.
Turk
,
Front. Biosci.
13
,
5406
(
2008
).
4.
Z.
Grzonka
,
E.
Jankowska
,
F.
Kasprzykowski
,
R.
Kasprzykowska
,
L.
Łankiewicz
,
W.
Wiczk
,
E.
Wieczerzak
,
J.
Ciarkowski
,
P.
Drabik
,
R.
Janowski
,
M.
Kozak
,
M.
Jaskólski
, and
A.
Grubb
,
Acta Biochim. Pol.
48
,
1
(
2001
), available at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11440158.
5.
C.
Czaplewski
,
Z.
Grzonka
,
M.
Jaskólski
,
F.
Kasprzykowski
,
M.
Kozak
,
E.
Politowska
, and
J.
Ciarkowski
,
Biochim. Biophys. Acta, Protein Struct. Mol. Enzymol.
1431
,
290
(
1999
).
6.
M.
Kozak
,
E.
Jankowska
,
R.
Janowski
,
Z.
Grzonka
,
A.
Grubb
,
M. A.
Fernandez
,
M.
Abrahamson
, and
M.
Jaskólski
,
Acta Crystallogr., Sect. D
55
,
1939
(
1999
).
7.
R.
Janowski
,
M.
Kozak
,
E.
Jankowska
,
Z.
Grzonka
,
A.
Grubb
,
M.
Abrahamson
, and
M.
Jaskolski
,
Nat. Struct. Mol. Biol.
8
,
316
(
2001
).
8.
A.
Szymańska
,
E.
Jankowska
,
M.
Orlikowska
,
I.
Behrendt
,
P.
Czaplewska
, and
S.
Rodziewicz-Motowidło
,
Front. Mol. Neurosci.
5
,
82
(
2012
).
9.
G.
Östner
,
V.
Lindstrom
,
P. H.
Christensen
,
M.
Kozak
,
M.
Abrahamson
, and
A.
Grubb
,
J. Biol. Chem.
288
,
16438
(
2013
).
10.
R.
Janowski
,
M.
Kozak
,
M.
Abrahamson
,
A.
Grubb
, and
M.
Jaskolski
,
Proteins: Struct., Funct., Bioinf.
61
,
570
(
2005
).
11.
M.
Nilsson
,
X.
Wang
,
S.
Rodziewicz-Motowidlo
,
R.
Janowski
,
V.
Lindstrom
,
P.
Onnerfjord
,
G.
Westermark
,
Z.
Grzonka
,
M.
Jaskolski
, and
A.
Grubb
,
J. Biol. Chem.
279
,
24236
(
2004
).
12.
R.
Kolodziejczyk
,
K.
Michalska
,
A.
Hernandez-Santoyo
,
M.
Wahlbom
,
A.
Grubb
, and
M.
Jaskolski
,
FEBS J.
277
,
1726
(
2010
).
13.
M.
Orlikowska
,
E.
Jankowska
,
R.
Kołodziejczyk
,
M.
Jaskólski
, and
A.
Szymańska
,
J. Struct. Biol.
173
,
406
(
2011
).
14.
M.
Orlikowska
,
A.
Szymańska
,
D.
Borek
,
Z.
Otwinowski
,
P.
Skowron
, and
E.
Jankowska
,
Acta Crystallogr., Sect. D
69
,
577
(
2013
).
15.
A.
Palsdottir
,
A. O.
Snorradottir
, and
L.
Thorsteinsson
,
Brain Pathol.
16
,
55
(
2006
).
16.
A.
Abrahamson
and
A.
Grubb
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
91
,
1416
(
1994
).
17.
H.-L.
Liu
,
Y.-M.
Lin
,
J.-H.
Zhao
,
M.-C.
Hsieh
,
H.-Y.
Lin
,
C.-H.
Huang
,
H.-W.
Fang
,
Y.
Ho
, and
W.-Y.
Chen
,
J. Biomol. Struct. Dyn.
25
,
135
(
2007
).
18.
M.
Aznauryan
,
L.
Delgado
,
A.
Soranno
,
D.
Nettels
,
J.
Huang
,
A. M.
Labhardt
,
S.
Grzesiek
, and
B.
Schuler
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
113
,
E5389
(
2016
).
19.
M.
Kozak
,
A.
Lewandowska
,
S.
Ołdziej
,
S.
Rodziewicz-Motowidło
, and
A.
Liwo
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
,
3128
(
2010
).
20.
P.
Rossi
,
L.
Shi
,
G.
Liu
,
C. M.
Barbieri
,
H.-W.
Lee
,
T. D.
Grant
,
J. R.
Luft
,
R.
Xiao
,
T. B.
Acton
,
E. H.
Snell
,
G. T.
Montelione
,
D.
Baker
,
O. F.
Lange
, and
N. G.
Sgourakis
,
Proteins: Struct., Funct., Bioinf.
83
,
309
(
2015
).
21.
C. D.
Putnam
,
M.
Hammel
,
G. L.
Hura
, and
J. A.
Tainer
,
Q. Rev. Biophys.
40
,
191
(
2007
).
22.
J.
Sevigny
,
P.
Chiao
,
T.
Bussière
,
P. H.
Weinreb
,
L.
Williams
,
M.
Maier
,
R.
Dunstan
,
S.
Salloway
,
T.
Chen
,
Y.
Ling
,
J.
O'Gorman
,
F.
Qian
,
M.
Arastu
,
M.
Li
,
S.
Chollate
,
M. S.
Brennan
,
O.
Quintero-Monzon
,
R. H.
Scannevin
,
H. M.
Arnold
,
T.
Engber
,
K.
Rhodes
,
J.
Ferrero
,
Y.
Hang
,
A.
Mikulskis
,
J.
Grimm
,
C.
Hock
,
R. M.
Nitsch
, and
A.
Sandrock
,
Nature
537
,
50
(
2016
).
23.
M.
Waddington
and
M. D.
Benson
,
Neurol. Ther.
4
,
61
(
2015
).
24.
D.
Schneidman-Duhovny
,
Y.
Inbar
,
R.
Nussinov
, and
H. J.
Wolfson
,
Nucl. Acids Res.
33
,
W363
(
2005
).
25.
D. A.
Case
,
T. A.
Darden
,
T. E.
Cheatham
 III
,
C. L.
Simmerling
,
J.
Wang
,
R. E.
Duke
,
R.
Luo
,
R. C.
Walker
,
W.
Zhang
,
K. M.
Merz
,
B.
Roberts
,
S.
Hayik
,
A.
Roitberg
,
G.
Seabra
,
J.
Swails
,
A. W.
Götz
,
I.
Kolossváry
,
K. F.
Wong
,
F.
Paesani
,
J.
Vanicek
,
R. M.
Wolf
,
J.
Liu
,
X.
Wu
,
S. R.
Brozell
,
T.
Steinbrecher
,
H.
Gohlke
,
Q.
Cai
,
X.
Ye
,
J.
Wang
,
M.-J.
Hsieh
,
G.
Cui
,
D. R.
Roe
,
D. H.
Mathews
,
M. G.
Seetin
,
R.
Salomon-Ferrer
,
C.
Sagui
,
V.
Babin
,
T.
Luchko
,
S.
Gusarov
,
A.
Kovalenko
, and
P. A.
Kollman
, AMBER 12, University of California, San Francisco,
2012
.
26.
V.
Hornak
,
R.
Abel
,
A.
Okur
,
B.
Strockbine
,
A.
Roitberg
, and
C.
Simmerling
,
Proteins
65
,
712
(
2006
).
27.
A. W.
Götz
,
M. J.
Williamson
,
D.
Xu
,
D.
Poole
,
S.
Le Grand
, and
R. C.
Walker
,
J. Chem. Theory Comput.
8
,
1542
(
2012
).
28.
G. D.
Hawkins
,
C. J.
Cramer
, and
D. G.
Truhlar
,
Chem. Phys. Lett.
246
,
122
(
1995
).
29.
G. D.
Hawkins
,
C. J.
Cramer
, and
D. G.
Truhlar
,
J. Phys. Chem.
100
,
19824
(
1996
).
31.
H. J. C.
Berendsen
,
J. P. M.
Postma
,
W. F.
van Gunsteren
,
A.
DiNola
, and
J. R.
Haak
,
J. Chem. Phys.
81
,
3684
(
1984
).
32.
M.
Berjanskii
,
Y.
Liang
,
J.
Zhou
,
P.
Tang
,
P.
Stothard
,
Y.
Zhou
,
J.
Cruz
,
C.
MacDonell
,
G.
Lin
,
P.
Lu
, and
D. S.
Wishart
,
Nucl. Acids Res.
38
,
W633
(
2010
).
33.
A.
Szymańska
,
A.
Radulska
,
P.
Czaplewska
,
A.
Grubb
,
Z.
Grzonka
, and
S.
Rodziewicz-Motowidło
,
Acta Biochim. Pol.
56
,
455
(
2009
), available at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19636441.
34.
K.
Vogtt
,
M.
Siebenbürger
,
D.
Clemens
,
C.
Rabe
,
P.
Lindner
,
M.
Russina
,
M.
Fromme
,
F.
Mezei
, and
M.
Ballauff
,
J. Appl. Crystallogr.
47
,
237
(
2014
).
35.
O.
Arnold
,
J. C.
Bilheux
,
J. M.
Borreguero
,
A.
Buts
,
S. I.
Campbell
,
L.
Chapon
,
M.
Doucet
,
N.
Draper
,
R. F.
Leal
,
M. A.
Gigg
,
V. E.
Lynch
,
A.
Markvardsen
,
D. J.
Mikkelson
,
R. L.
Mikkelson
,
R.
Miller
,
K.
Palmen
,
P.
Parker
,
G.
Passos
,
T. G.
Perring
,
P. F.
Peterson
,
S.
Ren
,
M. A.
Reuter
,
A. T.
Savici
,
J. W.
Taylor
,
R. J.
Taylor
,
R.
Tolchenov
,
W.
Zhou
, and
J.
Zikovsky
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
764
,
156
(
2014
).
36.
E. O.
Stejskal
and
J. E.
Tanner
,
J. Chem. Phys.
42
,
288
(
1965
).
37.
N.
Guex
and
M. C.
Peitsch
,
Electrophoresis
18
,
2714
(
1997
).
38.
S.
Rodziewicz-Motowidło
,
E.
Sikorska
, and
J.
Iwaszkiewicz
, in
Computational Methods to Study the Structure and Dynamics of Biomolecules and Biomolecular Processes
, edited by
A.
Liwo
(
Springer
,
Berlin, Heidelberg
,
2014
), Vol.
1
, pp.
445
481
.
39.
M.
Wahlbom
,
X.
Wang
,
V.
Lindstrom
,
E.
Carlemalm
,
M.
Jaskolski
, and
A.
Grubb
,
J. Biol. Chem.
282
,
18318
(
2007
).
40.
M.
Taube
,
Z.
Pietralik
,
A.
Szymanska
,
K.
Szutkowski
,
D.
Clemens
,
A.
Grubb
, and
M.
Kozak
, “
The domain swapping of human cystatin C induced by synchrotron radiation
,”
Nat. Chem. Biol.
(submitted).
41.
M.
Murawska
,
A.
Szymańska
,
A.
Grubb
, and
M.
Kozak
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
411
,
136
(
2017
).
42.
I.
Zegers
,
J.
Deswarte
, and
L.
Wyns
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
96
,
818
(
1999
).
43.
Y.
Liu
,
G.
Gotte
,
M.
Libonati
, and
D.
Eisenberg
,
Protein Sci.
11
,
371
(
2009
).
44.
S.
Hirota
,
Y.
Hattori
,
S.
Nagao
,
M.
Taketa
,
H.
Komori
,
H.
Kamikubo
,
Z.
Wang
,
I.
Takahashi
,
S.
Negi
,
Y.
Sugiura
,
M.
Kataoka
, and
Y.
Higuchi
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
12854
(
2010
).
You do not currently have access to this content.