Effects of Mutation at Two Conserved Aspartate Residues and a Serine Residue on Functions of Yeast TSA 1

Alignment of 967 reference sequences of the typical 2-Cys peroxiredoxin family of proteins revealed that 10 amino acids were conserved, with over 99% identity. To investigate whether the conserved aspartic acid residues and serine residue affect the peroxidase and chaperone activity of the protein, we prepared yeast TSA1 mutant proteins in which aspartic acids at positions 75 and 103 were replaced by valine or asparagine, and serine at position 73 was replaced by alanine. By non-reducing SDS-PAGE, TSA1 and the S73A, D75V and D75N mutants were detected in dimeric form, whereas the D103V and D103N mutants were detected in various forms, ranging from high molecular-weight to monomeric. Compared with wild type TSA1, the D75N mutant exhibited 50% thioredoxin peroxidase activity, and the S73A and D75V mutants showed 25% activity. However, the D103V and D103N mutants showed no peroxidase activity. All proteins, except for the D103V and D103N mutants, exhibited chaperone activity at $43^{\circ}C$. Our results suggest that the two conserved aspartic acid residues and serine residue of TSA1 play important roles in its thioredoxin peroxidase activity, and D103 plays a critical role in its chaperone activity.

Saccharomyces cerevisiae TSA1의 보존된 아스파트산 잔기 및 세린 잔기의 변이가 과산화효소 활성 및 샤페론 활성에 미치는 영향

퍼옥시레독신은 티오레독신, 티오레독신 환원효소, NADPH로 이루어진 티오레독신 시스템의 환원력을 이용하여 과산화물을 제거하는 티오레독신 과산화효소 활성과 다른 단백질의 열변성에 의한 응집을 막아주는 샤페론 활성을 갖는 효소이다. 정형 2-Cys Prx군에 속하는 퍼옥시레독신 참고서열 1,024개 중 부분적인 서열 등을 제외한 967개 서열을 정렬하였을 때 75번과 103번 아스파트산 잔기는 99% 보존되었고, 73번 세린 잔기는 97% 보존되었음에도 불구하고 잘 보존된 아스파트산 잔기와 세린 잔기에 대해 알려지지 않았다. 이 잔기가 TSA1의 두가지 효소 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해 재조합 단백질을 이용하여 활성도를 알아보았다. in vitro 실험을 통하여 잘 보존된 잔기인 103번 아스파트산은 75번 아스파트산보다 티오레독신 퍼옥시레독신 활성 및 분자 샤페론 활성에 더 영향을 미치고, 103번의 음전하는 분자 샤페론 활성에 중요한 역할을 하며 과산화효소활성에는 75번과 103번의 음전하가 관여함을 알 수 있었다. 또한 73의 세린 잔기 역시 과산화효소에 영향을 미치는 잔기임을 알 수 있었다. 최근 출아 효모 퍼옥시레독신인 TSA2의 79번과 109번의 세린 잔기를 시스테인 잔기로 변이시킨 경우 두 변이 단백질 모두 과산화효소 활성과 샤페론 활성이 증가되었는데 이는 ${\beta}$-sheet 구조의 증가와 관련되는 것으로 보고하였다[28]. 이들 두 세린 잔기는 TSA1 구조에 의하면 모두 ${\alpha}$-나선 구조에 위치하였다. 반면에 73번의 세린 잔기는 ${\beta}$-sheet의 C-말단에 위치하는 잔기로 과산화효소 활성에 대한 영향이 다르게 나타나는 것으로 추정된다. 추후 생체 내 실험을 통하여 아스파트산 잔기의 변이가 과산화물 저항성이 미치는 영향 및 열 저항성(thermal stress)에 미치는 역할을 살펴볼 필요가 있다. 또한 아스파트산 잔기와 과산화물과의 반응 및 분자 샤페론과의 반응에 장애가 되는 요인이 무엇인지에 대한 추가 연구가 필요할 것이다.