title: Combined Experimental and Computational Approaches Reveal Distinct pH Dependence of Pectin Methylesterase Inhibitors.
abstract: The fine-tuning of the degree of methylesterification of cell wall pectin is a key to regulating cell elongation and ultimately the shape of the plant body. Pectin methylesterification is spatiotemporally controlled by pectin methylesterases (PMEs; 66 members in Arabidopsis [Arabidopsis thaliana]). The comparably large number of proteinaceous pectin methylesterase inhibitors (PMEIs; 76 members in Arabidopsis) questions the specificity of the PME-PMEI interaction and the functional role of such abundance. To understand the difference, or redundancy, between PMEIs, we used molecular dynamics (MD) simulations to predict the behavior of two PMEIs that are coexpressed and have distinct effects on plant development: AtPMEI4 and AtPMEI9. Simulations revealed the structural determinants of the pH dependence for the interaction of these inhibitors with AtPME3, a major PME expressed in roots. Key residues that are likely to play a role in the pH dependence were identified. The predictions obtained from MD simulations were confirmed in vitro, showing that AtPMEI9 is a stronger, less pH-independent inhibitor compared with AtPMEI4. Using pollen tubes as a developmental model, we showed that these biochemical differences have a biological significance. Application of purified proteins at pH ranges in which PMEI inhibition differed between AtPMEI4 and AtPMEI9 had distinct consequences on pollen tube elongation. Therefore, MD simulations have proven to be a powerful tool to predict functional diversity between PMEIs, allowing the discovery of a strategy that may be used by PMEIs to inhibit PMEs in different microenvironmental conditions and paving the way to identify the specific role of PMEI diversity in muro.
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Ludivine
authors.initials: L
authors.lastname: Hocq
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Fabien
authors.initials: F
authors.lastname: Sénéchal
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Valérie
authors.initials: V
authors.lastname: Lefebvre
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Arnaud
authors.identifier: 0000-0003-4442-1731
authors.initials: A
authors.lastname: Lehner
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Jean-Marc
authors.identifier: 0000-0003-0251-8682
authors.initials: JM
authors.lastname: Domon
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Jean-Claude
authors.identifier: 0000-0001-8717-0034
authors.initials: JC
authors.lastname: Mollet
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Jérémy
authors.initials: J
authors.lastname: Dehors
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Karine
authors.initials: K
authors.lastname: Pageau
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: Paulo
authors.initials: P
authors.lastname: Marcelo
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.).|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.).|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.).
authors.forename: François
authors.initials: F
authors.lastname: Guérineau
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.) katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.
authors.forename: Katra
authors.identifier: 0000-0002-4872-4222
authors.initials: K
authors.lastname: Kolšek
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.) katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.
authors.forename: Davide
authors.identifier: 0000-0001-6792-7706
authors.initials: D
authors.lastname: Mercadante
authors.affiliation: EA3900-BIOPI Biologie des Plantes et Innovation, SFR Condorcet FR, Centre National de la Recherche Scientifique 3417, Université de Picardie, F-80039 Amiens, France (L.H., F.S., V.L., J.-M.D., K.P., F.G., J.P.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Normandie Université, UNIROUEN, Laboratoire Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale, EA 4358, VASI, 76821 Mont-Saint-Aignan, France (A.L., J.-C.M., J.D.); katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|Plateforme d'Ingénierie Cellulaire en Analyses des Protéines, Université de Picardie Jules Verne, 80039 Amiens, France (P.M.); and katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.|HITS GmbH, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, 69118 Heidelberg, Germany (K.K., D.M.) katra.kolsek@h-its.org davide.mercadante@h-its.org jerome.pelloux@u-picardie.fr.
authors.forename: Jérôme
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