Park, Kwan Ho;Choi, Young Cheol;Nam, Sung Hee;Kim, Won Tae;Kim, A Young;Kim, Sin Young
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제25권2호
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pp.181-185
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2012
Chymotrypsin serine protease is one of the main digestive proteases in the midgut of and is involved in various essential processes. In a previous study, a gene encoding a chymotrypsin-like protease, Hi-SP1, was cloned from the larvae of Hermetia illucens and characterized. In this study, we produced the recombinant chymotrypsin-like protease Hi-SP1 in Escherichia coli cells. The molecular weight of the recombinant Hi-SP1 was estimated to be approximately 26 kDa by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and Western-blotting. Chymotrypsin activity was detected when AAPF was used as the substrate. Examination of the effects of temperature and pH revealed that the proteolytic activity of recombinant Hi-SP1 decreased markedly at temperatures above $30^{\circ}C$, and the optimum pH was found to be 10.0.
Kim, Won-Tae;Bae, Sung-Woo;Kim, A-Young;Park, Kwan-Ho;Lee, Sang-Beom;Choi, Young-Cheol;Han, Sang-Mi;Park, Young-Han;Koh, Young-Ho
BMB Reports
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제44권6호
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pp.387-392
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2011
To investigate the molecular scavenging capabilities of the larvae of Hermetia illucens, two serine proteases (SPs) were cloned and characterized. Multiple sequence alignments and phylogenetic tree analysis of the deduced amino acid sequences of Hi-SP1 and Hi-SP2 were suggested that Hi-SP1 may be a chymotrypsin- and Hi-SP2 may be a trypsin-like protease. Hi-SP1 and Hi-SP2 3-D homology models revealed that a catalytic triad, three disulfide bonds, and a substrate-binding pocket were highly conserved, as would be expected of a SP. E. coli expressed Hi-SP1 and Hi-SP2 showed chymotrypsin or trypsin activities, respectively. Hi-SP2 mRNAs were consistently expressed during larval development. In contrast, the expression of Hi-SP1 mRNA fluctuated between feeding and molting stages and disappeared at the pupal stages. These expression pattern differences suggest that Hi-SP1 may be a larval specific chymotrypsin-like protease involved with food digestion, while Hi-SP2 may be a trypsin-like protease with diverse functions at different stages.
The sprC gene encodes Streptomyces griseus protease C (SGPC), a bacterial chymotrypsin-like serine protease. Because the published data on sprC was not complete, we cloned and analyzed a new DNA fragment spanning downstream to upstream of the sprC gene from S. griseus IFO13350. The cloned 2.3-kb DNA fragment was placed on a high-copy number plasmid and introduced into Streptomyces lividans TK24. Chymotrypsin activity of the transformant was 8.5 times higher than that of the control after 3 days of cultivation and stably maintained until 9 days of cultivation, which dearly indicated that the cloned 2.3-kb fragment contained the entire sprC gene with its own promoter. When the same construct was introduced in the S. griseus IFO13350 (wild strain) and its two mutant strains in the A-factor regulatory cascade, ${\Delta}adpA$ and HO1, the chymotrypsin activity increased fivefold only in the ${\Delta}adpA$ strain. Transcriptional analysis based on RT-PCR revealed that the sprC gene is normally transcribed in both strains; however, earlier transcription was observed in the wild strain compared with the ${\Delta}adpA$ strain. A gel mobility shift assay showed that the AdpA protein did not bind to the promoter region of sprC. All these data clearly indicate that the expression of sprC is not dependent on the AdpA protein, but is distinctly regulated from other chymotrypsin genes composing an AdpA regulon. Earlier morphological differentiation was observed in S. lividans TK24, and S. griseus IFO13350 and HO1, transformed with the expression vector. The transformant of S. griseus ${\Delta}adpA$ formed markedly larger colonies. Antisense repression of sprC resulted in severe decrease of chymotrypsin activity, down to one-third of the control, and delayed morphological differentiation. All these data suggest that SGPC is related to normal morphogenesis in S. griseus.
재생중인 양서류의 다리에 레티노익산을 처리하면 패턴 복제가 유발되며 이러한 현상은 탈분화 정도와 깊이 연관이 있다. 본 연구에서는 한국산 도롱뇽(Hynobius leechii)과 멕시코산 도롱뇽의 일종인 엑소로틀(Ambystoma mexicanum)의 다리 재생 과정에서 탈분화 과정에 관여할 것으로 추정되는 트립신 및 키모트립신과 유사한 단백질 분해 효소의 활성도를 재생 단계에 따라 조사해 봄으로써 이들 단백질 분해효소의 활성도와 레티노익산에 의해 증가되는 탈분화 상태의 정도사이에 상관 관계가 있는지를 알아 보고자 하였으며 다리 생산 기간중 상기 효소의 활성도 변화에 종 특이적 차이가 존재하는 지를 알아보고자 하였다. 연구 결과, 이들 효소의 활성도는 탈분화시기에서 최대에 도달함을 알수 있었고 레티노익산 처리는 트립신 유사 단백질 분해 효소의 활성도를 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한 효과는 한국산 도롱뇽에서 두드러졌고 이는 레티노익산 처리에 의한 반응에 종 특이적 차이가 있음을 반영하는 것으로 해석 되었다. 본 연구 결과는 트립신 및 키모트립신 유사 단백질 분해 효소가 재생중인 다리의 탈분화 과정에 중요한 작용을 하고 있으며, 이들 단백질 분해 효소가 레티노익산 처리에 의한 탈분화 과정의 강화에 관여하리라는 것을 암시한다.
Porcine colostrum and milk were separated into the acid-soluble and casein fractions by acidification followed by centrifuge. The acid-soluble fraction of porcine colostrum was further separated by liquid chromatography and anisotropic membrane filtration. Trypsin and chymotrypsin inhibitory capacity in porcine colostrum, milk and their components was determined by incubating bovine trypsin or chymotrypsin in a medium containing their corresponding substrates with or without addition of various amounts of porcine colostrum, porcine milk or their components. The inhibition of insulin-like growth factor I (IGF-I) and epidermal growth factor (EGF) degradation in pig small intestinal contents by porcine colostrum was measured by incubating iodinated IGF-I or EGF with the intestinal contents with or without addition of porcine colostrum. Degradation of labeled IGF-I or EGF was determined by monitoring the generation of radioactivity soluble in 30% trichloroacetic acid (TCA). The results showed that porcine colostrum had high levels of trypsin and chymotrypsin inhibitory activity and increased the stability of IGF-I and EGF in pig intestinal contents. The inhibitory activity declined rapidly during lactation. It was also found that trypsin and chymotrypsin inhibitory activity and the inhibition on IGF-I and EGF degradation in the acid-soluble fraction were higher than that in the casein fraction. Heat-resistance study indicated that trypsin inhibitors in porcine colostrum survived heat treatments of $100^{\circ}C$ water bath for up to 10 min, but exposure to boiling water bath for 30 min significantly decreased the inhibitory activity. Compared with the trypsin inhibitors, the chymotrypsin inhibitors were more heatsensitive. Separation of the acid-soluble fraction of porcine colostrum by liquid chromatography and anisotropic membrane filtration revealed that the trypsin and chymotrypsin inhibitory capacity was mainly due to a group of small proteins with molecular weight of 10,000-50,000. In conclusion, the present study confirmed the existence of high levels of protease inhibitors in porcine colostrum, and the inhibition of porcine colostrum on degradation of milk-borne growth factors in the pig small intestinal tract was demonstrated for the first time.
MAPI (microbial alkaline protease inhibitor) was isolated from cultrue broth of Streptomyces chromofuscus SMF28. The Ki values of MAPI for the representative serine proteases such as chymotrypsin and proteinase K were 0.28 and $0.63{\;}\mu\textrm{M}$, respectively, and for the cysteine proteases cathepsin B and papain were 0.66 and $0.28{\;}\mu\textrm{M}$, respectively. These data indicate that MAPI is not a potent selective inhibitor of serine or cysteine proteases. Progress curves for the inhibition of three proteases by MAPI exhibithe characteristic patterns; MAPI exhibited slow-binding inhibition of cathepsin B. It was rapidly associated with chymotrypsin before the addition of substrate and then reactivation of MAPI-inhibited enzyme was investigated in the presence of substrate. On the other hand, MAPI-proteinase K interaction was typical for those classical inhibitors. When MAPI was incubated with trypsin, there was an extensive reduction in the ingibitory activities of MAPI corresponding to 66.5% inactivation of MAPI, indicating that trypsin-like protease may play a role in the decrease of the inhibitory activity during cultivation.
방선균은 토양 속에 다양하게 존재하는 미생물의 일종으로 그람 양성 진정세균으로 이차대사산물을 생산하는 시기와 포자 착생이 시작되는 세포분화의 시기가 밀접한 관련이 있다. S. griseus는 streptomycin을 비롯한 다양한 종류의 endopeptidase 및 exopeptidase들을 생산한다. 방선균에서의 protease 생산은 많은 경우에 이차대사산물이 형성되거나 형태분화가 유도되는 시기에 동시에 시작된다는 점에서 Pretense가 이차대사물질 생산 및 세포분화에 일정한 기능을 수행할 것이 라는 점을 시사하고 있다. 본 연구에서는 S. griseus IFO 13350에서 클로닝한 SGPD protease가 각 strain에서 형태학적으로나 생리적으로 어떠한 gene dosage 효과를 미치는지 조사하는 것이었다. sprD 유전자가 S.lividans를 숙주로 사용한 시스템에서 대량발현이 성공적으로 되는 것을 확인한 후, 본 유전자를 클로닝한 S. griseus IFO13350 균주와 이의 A-factor 결손주인 S. griseus HH1에 형질전환하였다. S. griseus HH1과 S. griseus IFO13350에서는 protease activity가 벡터만 도입된 대조군과 sprD 유전자가 들어간 형질전환체에서 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 S. griseus IFO 13350 및 HH1 모두에서 생리학적·형태학적 분화의 차이를 발견하지 못하였다. Chymotrypsin계열의 pretense를 암호화하는 유전자만이 S. griseus에서 발현이 repression된다는 사실을 본 연구 결과를 통하여 알게 되었다. 이를 바탕으로 sprD유전자와 동일계열의 chymotrypsin 계열의 유전자들이 공통적으로 S. griseus에서 repression 되는 일반적인 기전이 있을 것으로 판단, chymotrypsin계열 유전자들의 promoter부분의 염기 상동성을 조사하였다 번역개시부위 바로 상부 유전자부터 상동성을 조사한 결과 적어도 상당부분의 염기배열이 잘 보존된 지역이 존재함을 알게 되었다. 향후 이들 발현기구의 조절기구를 연구함으로서 protease의 기능을 밝히는데 좋은 단서를 제공할 것으로 판단된다.
KIM , YOON-HEE;CHOI, SI-SUN;KANG, DAE-KYUNG;KANG, SANG-SOON;JEONG, BYEONG-CHUL;HONG, SOON-KWANG
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권6호
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pp.1350-1355
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2004
The sprA and sprB genes, encoding the chymotrypsin-like proteases Streptomyces griseus protease A (SGPA) and Streptomyces griseus protease B (SGPB), and the sprT gene that encodes Streptomyces griseus trypsin (SGT) were cloned from S. griseus and were overexpressed in various strains of S. griseus. When the sprT gene was introduced into S. griseus, trypsin activity increased 2-fold in the A-factor deficient mutant strain, S. griseus HH1, and increased 4-fold in the wild strain, S. grise us IFO 13350. However, there was no detectable increase of chymotrypsin activity in the transformants of S. griseus with either sprA or sprB, in contrast to the results obtained from S. lividans as a heterologous host. To solve the negative gene dosage effects in S. griseus, either the sprA or the sprB genes with their own ribosome binding sites were linked to the downstream of the entire sprT gene, and the coexpression efficiency was examined in S. lividans and S. griseus. The transformants of S. lividans with either pWHM3-TA (sprT+sprA) or pWHM3TB (sprT+sprB) showed 3-fold increase of trypsin activity over that of the control, however, only the transformant of pWHM3-TB demonstrated 7-fold increase in chymotrypsin activity, indicating that the pWHM3-TB has a successful construction for the overexpression of chymotrypsin in Streptomyces. When the coexpression vectors were introduced into S. griseus IFO 13350, the trypsin level sharply increased by more than 4-fold, however, the chymotrypsin level did not increase. These results strongly suggest that the overexpression of the sprA and sprB genes is tightly regulated in S. griseus.
The chromosomal sprD gene encoding Streptomyces griseus protease D (SGPD), a chymotrypsin-like protease, was disrupted in Streptomyces griseus by insertion of the neomysin-resistance gene. The production of chymotrypsin activity of sprD disruptant was not completely abolished, but delayed by 24 h, compared with that of wild-type strain. The aerial mycelial formation of sprD disruptant was retarded, and specifically the formation of spores was not observed in the central region of colonies. However, normal morphological development into spores was observed in the marginal region of colonies. In addition, the production of yellow pigment that might be dependent on A-factor was also decreased in the sprD disruptant, compared with that of the wild-type strain. Introduction of the sprD gene, which was placed on a high copy-numbered plasmid into S. griseus ${\Delta}sprD$, partially restored the ability of morphological development, and a significant level of sporulation was observed. When the overexpression vector for sprD, pWHM3-D, was introduced in S. griseus, there was no significant change in the chymotrypsin activity or colonial morphology, in contrast to Streptomyces lividans, indicating the presence of a tight regulation system for the overexpression of the sprD gene in S. griseus.
Nutritional factors regulating the morphological differentiation and physiological differentiation of Streptomyces exfoliatus SMF13 on surface cultures were evaluated. S. exfoliatus SMF13 produced leupeptin and chymotrypsin-like protease (CTP) at the stage of substrate mycelium growth, and leupeptin-inactivating enzyme (LIE) and trypsin-like protease (TLP) at the stage of aerial mycelium growth. The activity of leupeptin and CTP was high in the region of active growing substrate mycelium, whereas the activity of LIE and TLP was high in the region of aerial mycelium or spores. The differentiations were induced in glucose-limited conditions or by the addition of glucose anti-metabolite (methyl $\alpha$-glucopyranoside), but repressed by high concentrations of glucose or casamino acids. Morphological differentiation (formation of aerial mycelia and spores) was closely related with physiological differentiation (formation of brown-pigment, LIE and TLP). The local distribution of leupeptin, CTP, LIE, and TLP in a developing colony showed that colony development correlated with the production and functions of the compounds: CTP is essential for providing a nitrogen source for mycelium growth: leupeptin regulates TLP activity: LIE inactivates leupeptin: TLP hydrolyzes nongrowing mycelium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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