Studies on the Function of the Rv2435c Gene of the Mycobacterium bovis BCG

library of the mutants was prepared by transposon mutagenesis of the Mycobacterium bovis BCG. We screened this library for the resistance to an anti-tuberculosis antibiotic, PA-824. Most of the mutants resistant to the PA-824 were not able to synthesize the coenzyme $F_{420}$ which is normally produced by the wild type M. bovis BCG strains. HPLC analysis of the cellular extract showed that one of those mutants which lost the ability to synthesize $F_{420}$ still produced F0. The insertion site of the transposon in this mutant was determined by an inverse PCR and the transposon was found to be inserted in the Rv2435c open reading frame (ORF). Rv2435c ORF is predicted to encode an 80.3 kDa protein. Rv2435c protein appears to be bound to the cytoplasmic membrane, its N-terminal present in the periplasm and C-terminal in the cytoplasm. The C-terminal portion of this protein is highly homologous with the adenylyl cyclases of both prokaryotes and eukaryotes. There are 15 ORFs which have homology with the class III AC proteins in the genome of the M. tuberculosis and M. bovis. Two of those, Rv1625c and Rv2435c, are highly homologous with the mammalian ACs. We cloned the cytoplasmic domain of the Rv2435c ORF and expressed it with six histidine residues attached on its C-terminal in Escherichia coli to find out if this protein is a genuine AC. Production of that protein in E. coli was proved by purifying the histidine-tagged protein by using the Ni-NTA resin. This protein, however, failed to complement the cya mutation in E. coli, indicating that this protein lacks the AC activity. All of the further attempts to convert this protein to a functional AC by a mutagenesis with UV or hydroxylamine, or construction of several different fusion proteins with Rv1625c failed. It is, therefore, possible that Rv2435c protein might affect the conversion of F0 to $F_{420}$ not by synthesizing cAMP but by some other way.

Mycobacterium bovis BCG Rv2435c 유전자의 기능에 대한 연구

Mycobacterium hovis BCG 균주에 transposon을 사용하여 mutagenesis를 수행함으로써 mutant library를 제조하였다. 이 mutant library를 screening하여 항결핵제인 PA-824에 내성을 갖는 mutant들을 얻었고, M. bovis wild type에서는 정상적으로 생성되는 coenzyme $F_{420}$이 대부분의 이들 mutant들에서는 생성되지 않는다는 것을 알게 되었다. 세포 추출액을 HPLC로 분석해본 결과, 그 중에서 한 mutant는 $F_{420}$은 생성하지 않으나 그 전구물질인 F0는 생성하고 있음이 밝혀졌다. 따라서 이 mutant 에서는 $F_{420}$생합성 회로의 마지막 단계가 차단되어있음을 알 수 있다. 이 mutant를 inverse PCR을 통해 분석해본 결과, transposon이 Rv2435c유전자에 삽입되어있는 것을 확인할 수 있었다. Rv2435c유전자는 세포막에 결합되어있는 80.3 kDa의 단백질을 암호화하는 것으로 추정되고, 이 단백질의 N-말단은 periplasm에 존재하고 C-말단은 원형질에 존재하는 것으로 추정되고 있다. 원형질에 존재하는 C-말단은 원핵생물과 진핵생물들의 adenylyl cyclase들과 높은 유사성을 나타낸다. Adenylyl cyclase는 ATP로부터 cAMP를 생합성하는 효소이다 M. tuberculosis나 M. bovis의 genome에는 class III adenylyl cyclase를 암호화하는 것으로 추정되는 유전자가 모두 15개나 존재한다 특히 이들 중에서 Rv1625c 와 Rv2435c는 포유류의 adenylyl cyclase들과 높은 유사성을 가지는 것으로 알려져 있다 이 Rv2435c 단백질이 진정한 adenylyl cyclase인지를 확인하기 위하여 우리는 이 단백질 중에서 원형질에 존재하는 부분을 말단에 6개의 histidine을 첨부한 채로 대장균에서 발현시켰다. 대장균에서 이 단백질이 생성되는 것은 histidine이 첨부된 단백질을 Ni-NTA resin을 사용하여 대장균으로부터 분리함으로써 확인하였다. 그러나 이 단백질이 대장균에서 cya mutation을 complementation하지 못하였고, 따라서 이 단백질이 adenylyl cyclase 활성을 갖지 않음을 알 수 있었다. 자외선이나 hydroxylamine을 사용한 mutagenesis 또는 Rv2435c와 Rv1625c간의 토sion단백질을 만들어서, 이 단백질이 adenylyl cyclae로서의 활성을 획득하도록 하는 모든 시도는 실패하였다. 따라서 Rv2435c단백질이, F0가 $F_{420}$으로 변환되는 데에 영향을 미치는 방법이 cAMP를 생성함으로써가 아니라 다른 방법으로 영향을 미치고 있다는 것을 알 수 있었다.