Culture Conditions of E. coli Harboring Human O-Linked N-Acetyl--Glucosaminidase Gene and Enzymatic Properties

Protein modification by N-acetyl-${\beta}$-D-glucosamine (O-G1cNAc) on the hydroxyl groups of Ser or Thr ubiq-uitously occurs in eukaryotic cells and is involved in many cellular phenomena. The level of O-G1cNAc-mod-ified protein is regulated by OGT and O-GlcNAcase enzymes. We have tried to produce recombinant O-GlcNAcase in E. coli as an effort to establish in vitro screening system for modulators of O-GlcNAcase. The culture conditions for improvement of O-GlcNAcase productivity, were as follows: induction temperature, $30^{\circ}C$; the concentration of L-arabinose, 0.02% and induction time, 5 hr. Under these culture conditions, E. coli cells containing O-GlcNAcase gene had no enzyme activity until up to 3 hr culture. However, O-GlcNAcase activity dramatically increased from 3 to 5 hr culture. It almost maintained the same level after 5 hr culture. Western blot analysis verified the amount of expressed O-GlcNAcase increased with culture time, being con-sistent with activity data. The optimal reaction condition determined in this study was as follows: protein quan-tity, $5{\mu}g$; reaction time, 30 min; reaction temperature, $45^{\circ}C$; substrate concentration, 2 mM; reaction pH, 6.5. Methanol had little effect on O-GlcNAcase activity and 90% of activity were retained at 10%. Only 15% resid-ual activity were detected at 5% of chloroform.

사람의 O-linked-N-acetyl--D-glucosaminidase 유전자를 함유한 대장균의 배양조건과 효소학적 특성

단백질의 serine이나 threonine의 수산기에 N-acetyl-${\beta}$-D-glucosamine (O-GlcNAc)으로 변형되는 당쇄는 대부분의 진핵세포에서 광범위하게 일어나는 번역 후 수식의 일종으로 여러 세포 내 현상에 관여하고 있다. O-GlcNAc의 변형정도는 O-GlcNAc transfearse (OGT)와 O-linked N-acetyl-${\beta}$-D-glucosaminidase (O-GlcNAcase)에 의해 조절된다. O-GlcNAcase의 효소활성 조절물질을 탐색하기 위한 시험관 내 검정계를 확립하기 위해 재조합 O-GlcNAcase의 생산을 시도하였다. O-GlcNAcase 발현을 최적화하기 위한 배양조건을 검토한 결과 유도 배양온도 $30^{\circ}C$, 유도제인 L-arabinose 0.02%, 유도 배양시간 5시간 등으로 나타났다. 위의 조건에서 대장균 형질전환체를 배양하면서 한 시간 간격으로 배양액을 채취하여 세포를 파괴하고 얻은 효소용액의 활성은 배양 후 3시간에서 5시간까지는 급격히 증가하였으나 그 이후는 거의 증가하지 않았다. Western blot으로 발현된 단백질 양을 조사한 결과는 활성 그래프와 비슷한 양상을 보였다. 이렇게 생산한 O-GlcNAcase의 최적 반응조건은 pH 6.5, 반응온도 $45^{\circ}C$, 기질의 농도 2 mM, pH 6.5로 나타났다.