Purification and Gene Analysis of Peptidyl Prolyl cia-trans Isomerase from Bacillus stearothermophilus

The peptidyl prolyl sis-trans isomerase (PPIase, EC 5.2.1.8) from bacillus stearothermophilus was extracted from the cells treated with by lysozyme. PPIase was purified from the cell extracts by heat treatment, ammonium sulfate precipitation, ion exchange chromatography and finally gel filtration, sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE). The molecular weight of the purified PPIase was estimated as 18kDa by SDS-PAGE. The 39 amino acid residues from the N-terminus were determined by the protein sequencer. The enzyme showed the optimum pH at 8.0 and was stable at the range of pH 7.0∼8.0. The enzyme was considerably stable after heat treatment at 60$\^{C}$ for 30minutes, and the enzyme was quite stable up to 65$\^{C}$. The presence of the PPIase in the refolding solution accelerated the isomerization rate of the assay peptide. PPIase gene of Bacillus stearothermophilus was screened from a genomic library by plaque hybridization using the A-l primer as a probe. A PPIase positive plaque contained a 3.0kb insert of the chromosomal DNA. A 3.0kb fragment was subcloned into pUC18, resulting pPI-40. A DNA fragment encoding the N-terminal portion of the PPIase in pPI-40 was amplified by polymerase chain reaction(PCR) method using the A-1 and B-2 primers. The amplified fragment was cloned into the Sma I site of pUC18 and recombinant plasmid was designated as pSN-18. The nucleotide sequence of 167bp fragment was determined. The deduced amino acid sequence of PPIase was completely matched with the determined N-terminal amino acid sequence of PPIase B. stearothermophilus.

Bacillus stearothermophilus Peptidyl Prolyl cis-trans Isomerase의 정제 및 유전자 분석

호열균 B. stearotheymophilus으로부터 단백질 고차구조 형성을 촉진하는 내열성 PPIase를 정제하기 위해, 이 균체를 대량으로 배양 집균, 파쇄하여 효소활성을 측정하였다. 효소의 활성측정은 N-succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-p-nitroanilide(pAN)를 기질로 사용하였다. chymotrypsin은 기질 이성체(cis-trans 형)의 한쪽(trans)만을 특이적으로 분해하는 반응을 이용하여 PPIase 활성을 측정하였다. 호열균 추출시료로 부터 효소활성을 확인한 후, DEAE-sepharose CL-6B, Sephadex G-75로 정제 후, 최종적으로 Superose TM-12 (FPLC) gel-필트레이션으로 분자량 18kDa의 본 효소를 정제하였다. 정제한 효소의 화학적 특징을 조사한 결과 pH 7.5~8.0사이에 안정하였으며, 최적 pH는 8.0으로 나타났다. 그리고 $65^{\circ}C$에 30분간 열처리 후, 효소활성을 측정한 결과 50%이상의 잔존 활성을 갖는 내열성 효소임을 확인하였다. 정제 단백질의 N-말단 아미노산 분석은 Edman 분해법으로 39 아미노산 잔기를 결정하였다. 그리고 PPIase의 재구성(refolding) 반응은, 요소로 변성시킨 기질 RNase 1을 이용하여 이 단백질의 재구성 (refolding) 실험을 조사한 결과, PPIase는 변성 기질 RNase 1의 재구성(refolding)을 촉진하는데 높은 효과를 가지고 있었다. 호열균 유전자 라이브러리로부터 PPIase 유전자 약 3kb을 클로닝하였다. 재조합 플라스미드 cPI-40에서 프라이머(A-1, B-2)를 이용하여 PPIase N-말단을 코드하는 유전자를 PCR법으로 증폭하여, 염기배열을 결정한 결과 증폭된 단편은 165염기로 형성된 55 아미노산 잔기를 코드하는 open reading frame(ORF)가 연속되고 있었다. 그리고 Edman법으로 결정한 PPIase의 39아미노산 잔기가 이 배열내에 완전히 보존되어 있었다. 이 결과로부터 이 ORF는PPIase구조 유전자의 1/3에 해당하는 단편임을 확인하였다.