Kim, Ji-Hwan;Kim, Goo-Young;Nam, Min-Kyung;Kim, Sang-Soo;Rhim, Hyang-Shuk
Korean Journal of Microbiology
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v.45
no.4
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pp.291-299
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2009
To elucidate HtrA3's functional roles in the HtrA3 mediated cellular processes, it is necessary to investigate its biochemical characteristics. In the present study, we constructed the plasmids encoding putative mature HtrA3 proteins (M1-HtrA3 and M2-HtrA3) based on the putative maturation sites of highly homologous HtrA1 and mouse HtrA3. We used the pGEX bacterial expression system to develop a simple and rapid purification for the recombinant HtrA3 protein. Although yields of the mature HtrA3 proteins were slightly low as 10~50 ${\mu}g$/L, the amounts and purity of M1- and M2-HtrA3 were enough to investigate their proteolytic activities. The putative mature HtrA3 proteins have proteolytic activity which could cleave $\beta$-casein as an exogenous substrate. We compared the proteolytic activity between the HtrA family, HtrA1, HtrA2, and HtrA3. The cleavage activity of HtrA3 and HtrA2 were 2 folds higher than that of HtrA1, respectively. Our study provides a method for generating useful reagents to identify natural substrates of HtrA3 in the further studies.
High-temperature requirement A2(HtrA2) has been known as a human homologue of bacterial HtrA that has a molecular chaperone function. HtrA2 is mitochondrial serine protease that plays a significant role in regulating the apoptosis; however, the physiological function of HtrA2 still remains elusive. To establish experimental system for the investigation of new insights into the function of HtrA2 in mammalian cells, we first obtained $HtrA2^{+/+}$ and $HtrA2^{-/-}$ MEF cells lines and identified those cells based on the expression pattern and subcellular localization of HtrA2, using immunoblot and biochemical assays. Additionally, we observed that the morphological characteristics of $HtrA2^{-/-}$ MEF cells are different form those of $HtrA2^{+/+}$ MEF cells, showing a rounded shape instead of a typical fibroblast-like shape. Growth rate of $HtrA2^{-/-}$ MEF cells was also 1.4-fold higher than that of $HtrA2^{+/+}$ MEF cells at 36 hours. Furthermore, we verified both MEF cell lines induced caspsase-dependent cell death in response to apoptotic stimuli such as heat shock, staurosporine, and rotenone. The relationship between HtrA2 and heat shock-induced cell death is the first demonstration of the research field of HtrA2. Our study suggests that those MEF cell lines are suitable reagents to further investigate the molecular mechanism by which HtrA2 regulates the balance between cell death and survival.
HtrA2/Omi, a mitochondrial trypsin-like serine protease, is pivotal in regulating apoptotic cell death. Several lines of recent evidence suggest that HtrA2 is associated with the pathogenesis of neurodegenerative disorders; however, the physiological function of HtrA2 still remains elusive. For studying physiological function of HtrA2 in depth, it is necessary to develop a suitable expression system in the model animal. We therefore utilized the zebrafish as a model animal to establish expression of human HtrA2 (hHtrA2) in vivo. For expression of mature HtrA2 as GFP fusion in zebrafish embryos, the HtrA2 (WT) or (S306A) cDNAs with the C-terminal GFP tag were inserted into the pCS2+ plasmid. Expression patterns of HtrA2 in HEK293 cells were first monitored by immunofluorescence staining and immunoblot assays, showing approximately 64 kDa of the HtrA2-GFP fusion proteins. Subsequently, the hHtrA2 plasmid DNA or in vitro transcribed mRNA was microinjected into zebrafish embryos. The expression patterns of HtrA2 in Zebrafish embryos were monitored by GFP fluorescence in 24 hours-post-fertilization (hpf). Although expression patterns of HtrA2-GFP in developing embryos were different between the injected DNA and mRNA, both nucleic acids revealed good expression levels to further study the physiological role of HtrA2 in vivo. This study provides a suitable condition for expressing hHtrA2 in the zebrafish embryos as well as a method for generating useful system to investigate physiological properties of the specific human genes.
Kim, Kyung-Hee;Kim, Sang-Soo;Kim, Goo-Young;Rhim, Hyang-Shuk
Journal of Life Science
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v.16
no.7
s.80
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pp.1133-1140
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2006
Human HtrA1 (High temperature requirement protein A1) is a homologue of the E. coli periplasmic serine protease HtrA. A recent study has demonstrated that HtrA1 is a serine protease involved in processing of insulin like growth factor binding protein (ICFBP), indicating that it serves as an important regulator of IGF activity. Additionally, several lines of evidence suggest a striking correlation between proteolytic activity of HtrA1 serine protease and the pathogenesis of several diseases; however, physiological roles of HtrA1 remain to be elucidated. We used the pGEX bacterial expression system to develop a simple and rapid method for purifying HtrA1, and the recombinant HtrA1 protein was utilized to investigate the optimal conditions in executing its proteolytic activity. The proteolytically active HtrA1 was purified to approximately 85% purity, although the yield of the recombinant HtrA1 protein was slightly low $460{\mu}g$ for 1 liter E. coli culture). Using in vitro endoproteolytic cleavage assay, we identified that the HtrA1 serine protease activity was dependent on the enzyme concentration and the incubation time and that the best reaction temperature was $42^{\circ}C$ instead of $37^{\circ}C$. We arbitrary defined one unit of proteolytic activity of the HtrA1 serine protease as 200nM of HtrA1 that cleaves half of $5{\mu}M\;of\;{\beta}-casein$ during 3 hr incubation at $37^{\circ}C$. Our study provides a method for generating useful reagents to investigate the molecular mechanisms by which HtrA1 serine protease activity contributes in regulating its physiological function and to identify natural substrates of HtrA1.
본 연구에서는 한국인 아동의 우식치아로부터 분리한 S. mutans K7으로부터 HtrA gene을 동정하고 HtrA expression이 산성환경하에서 S. mutans의 생육에 미치는 영향을 알아보았다. S. mutans K7의 HtrA mutant strain은 산성환경에서 parental strain과 비교하였을 때, 생육에 있어서 상당한 차이를 나타내었다. 또한 Biofilm formation에 관여하는 GtfB, 와 GtfC의 발현량도 현저히 줄어들었다. 그리고 HtrA mutant strain에 HtrA gene을 삽입하여 HtrA의 발현량을 회복하였을 경우에는 acid stress하에서 control과 같은 nomal growth phenotype을 회복하였다. 이러한 결과들은 S. mutans K7에서 HtrA가 acid stress동안에 중요한 역할을 담당함을 제시하고 있다.
The High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) possesses inherent safety features and is recognized as a representative advanced nuclear system for the future. Based on the success of the HTR-10, the long-time operation test and safety demonstration tests were carried out. The long-time operation test verifies that the operation procedure and control method are appropriate for the HTR-10 and the safety demonstration test shows that the HTR-10 possesses inherent safety features with a great margin. Meanwhile, two new projects have been recently launched to further develop HTGR technology. One is a prototype modular plant, denoted as HTR-PM, to demonstrate the commercial capability of the HTGR power plant. The HTR-PM is designed as $2{\times}250$ MWt, pebble bed core with a steam turbine generator that serves as an energy conversion system. The other is a gas turbine generator system coupled with the HTR-10, denoted as HTR-10GT, built to demonstrate the feasibility of the HTGR gas turbine technology. The gas turbine generator system is designed in a single shaft configuration supported by active magnetic bearings (AMB). The HTR-10GT project is now in the stage of engineering design and component fabrication. R&D on the helium turbocompressor, a key component, and the key technology of AMB are in progress.
High temperature requirement A (HtrA) and its homologues constitute the HtrA familiy proteins, a group of heat shock-induced serine proteases. Bacterial HtrA proteins perform crucial functions with regard to protein quality control in the periplasmic space, functioning as both molecular chaperones and proteases. In contrast to other bacterial quality control proteins, including ClpXP, ClpAP, and HslUV, HtrA proteins contain no regulatory components or ATP binding domains. Thus, they are commonly referred to as ATP-independent chaperone proteases. Whereas the function of ATP-dependent chaperone-proteases is regulated by ATP hydrolysis, HtrA exhibits a PDZ domain and a temperature-dependent switch mechanism, which effects the change in its function from molecular chaperone to protease. This mechanism is also related to substrate recognition and the fine control of its function. Structural and biochemical analyses of the three HtrA proteins, DegP, DegQ, and DegS, have provided us with clues as to the functional regulation of HtrA proteins, as well as their roles in protein quality control at atomic scales. The objective of this brief review is to discuss some of the recent studies which have been conducted regarding the structure and function of these HtrA proteins, and to compare their roles in the context of protein quality control.
The present study was performed to investigate the effect of $HTR^{(R)}$ (Hard Tissue Replacement) on osteogenesis in the mandibular bone defects. Eight adult male white rabbits weighing 2.5 to 3.0kg were used. Four bone defects (8mm in diameter and 4mm in depth) were made at the both mandibular body. In the control group, the right mesial bone defect was filled with blood clot and spontaneously healed. In the DFDB group, the right distal bone defect was filled with xenogenic demineralized freeze-dried bone. In the $HTR^{(R)}$ group, the left mesial bone defect was filled with $HTR^{(R)}$. In the $HTR^{(R)}-membrane$ group, the left distal bone defect was filled with $HTR^{(R)}$ and covered with BioMesh membrane. The rabbits were sacrified at 2,4,6 and 9 weeks after the operation and microscopic examination was performed. Results obtained were as follows: In the control and DFDB groups, inflammatory cells and the fibrous connective tissue existed and the bone growth was slower than $HTR^{(R)}$ group by 6 week, and there was intervention of the soft tissue at 9 week. In the $HTR^{(R)}$ group, bone trabeculi extended between the $HTR^{(R)}$ particles without intervention of inflammatory cells and the connective tissue at 4 and 6 weeks. In addition, extensive osseous ingrowth into the $HTR^{(R)}$ particles was observed at 9 week. Bone formation was more active in the $HTR^{(R)}$ group than the control and DFDB groups. There was not obvious difference in the bone healing rate between the $HTR^{(R)}$ and the $HTR^{(R)}-membrane$ group. These results suggest that the $HTR^{(R)}$ promotes osteogenesis in the bone defects and the $HTR^{(R)}$ group has no difference in comparison with the $HTR^{(R)}-BioMesh^{(R)}$ membrane group in bone healing.
HtrA2/Omi is a mammalian mitochondrial serine protease homologous to the E. coli HtrA/DegP gene products. Recently, HtrA2/Omi was found to have a dual role in mammalian cells, acting as an apoptosis-inducing protein and being involved in maintenance of mitochondrial homeostasis. By screening a human brain cDNA library with $A{\beta}$ peptide as bait in a yeast two-hybrid system, we identified HtrA2/Omi as a binding partner of $A{\beta}$ peptide. The interaction between $A{\beta}$ peptide and HtrA2/Omi was confirmed by an immunoblot binding assay. The possible involvement of HtrA2/Omi in $A{\beta}$ peptide metabolism was investigated. In vitro peptide cleavage assays showed that HtrA2/Omi did not directly promote the production of $A{\beta}$ peptide at the ${\beta}/{\gamma}$-secretase level, or the degradation of $A{\beta}$ peptide. However, overexpression of HtrA2/Omi in K269 cells decreased the production of $A{\beta}40$ and $A{\beta}42$ by up to 30%. These results rule out the involvement of HtrA2/Omi in the etiology of Alzheimer's disease. However, the fact that overexpression of HtrA2/Omi reduces the generation of $A{\beta}40$ and $A{\beta}42$ suggests that it may play some positive role in mammalian cells.
Recent studies provide some evidence that the HtrA2 protein is intimately associated with the pathogenesis of neurodegenerative disorders and that endoplasmic reticulum (ER) quality control and ER stress-associated cell death play critical roles in neuronal cell death. However, little is known about the intimate relationship between HtrA2 and ER stress-associated cellular responses. In the present study, we have demonstrated that the HtrA2 protein level was gradually and significantly increased by up to to-fold in the mitochondria under tunicamycin (Tm)-induced ER stress, which eventually promoted cell death through the release of HtrA2 into the cytoplasm. Using an ecdysone-inducible mammalian expression system, we demonstrate that the extent of cell death in 293-HtrA2 cells was approximately 20 times higher under Tm-induced ER stress, indicating that the increase in the HtrA2 protein level in the mitochondria itself is necessary but not sufficient for the promotion of cell death. Taken together, these results suggest that HtrA2 may serve as a mediator of ER stress-induced apoptosis and ER-mitochondrial cross-talk in some cellular processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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