Objective: Two serine protease inhibitors, peptidase inhibitor 3 (PI3) and secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI), play important roles in protease inhibition and antimicrobial activity, but their expression, regulation, and function at the maternal-fetal interface in pigs are not fully understood. Therefore, we determined the expression and regulation of PI3 and SLPI in the endometrium throughout the estrous cycle and at the maternal-fetal interface in pigs. Methods: Endometrial tissues during the estrous cycle and pregnancy, conceptus tissues during early pregnancy, and chorioallantoic tissues during mid to late pregnancy were obtained, and the expression of PI3 and SLPI was analyzed. The effects of the steroid hormones estradiol-17β (E2) and progesterone (P4) on the expression of PI3 and SLPI were determined in endometrial explant cultures. Results: PI3 and SLPI were expressed in the endometrium during the estrous cycle and pregnancy, with higher levels during mid to late pregnancy than during the estrous cycle and early pregnancy. Early-stage conceptuses and chorioallantoic tissues during mid to late pregnancy also expressed PI3 and SLPI. PI3 protein and SLPI mRNA were primarily localized to endometrial epithelia. In endometrial explant cultures, the expression of PI3 was induced by increasing doses of P4, and the expression of SLPI was induced by increasing doses of E2 and P4. Conclusion: These results suggest that the PI3 and SLPI expressed in the endometrium and conceptus tissues play an important role in antimicrobial activity for fetal protection against potential pathogens and in blocking protease actions to allow epitheliochorial placenta formation.
Kim, Hyun-Sic;Kim, Ji-Man;Roh, Kyung-Baeg;Lee, Hyeon-Hwa;Kim, Su-Jin;Shin, Young-Hee;Lee, Bok-Luel
BMB Reports
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제40권4호
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pp.604-609
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2007
An Asp/His catalytic site of 10-formyltetrahydrofolate dehydrogenase (FDH) was suggested to have a similar catalytic topology with the Asp/His catalytic site of serine proteases. Many studies supported the hypothesis that serine protease inhibitors can bind and modulate the activity of serine proteases by binding to the catalytic site of serine proteases. To explore the possibility that soybean trypsin inhibitor (SBTI) can recognize catalytic sites of FDH and can make a stable complex, we carried out an SBTI-affinity column by using rat liver homogenate. Surprisingly, the Rat FDH molecule with two typical liver proteins, carbamoyl-phosphate synthetase 1 (CPS1) and betaine homocysteine S-methyltransferase (BHMT) were co-purified to homogeneity on SBTI-coupled Sepharose and Sephacryl S-200 followed by Superdex 200 FPLC columns. These three liver-specific proteins make a protein complex with 300 kDa molecular mass on the gel-filtration column chromatography in vitro. Immuno-precipitation experiments by using anti-FDH and anti-SBTI antibodies also supported the fact that FDH binds to SBTI in vitro and in vivo. These results demonstrate that the catalytic site of rat FDH has a similar structure with those of serine proteases. Also, the SBTI-affinity column will be useful for the purification of rat liver proteins such as FDH, CPS1 and BHMT.
Aspergillus flavus K-03 isolated from poultry forming soil in Korea was studied for its ability to produce extracellular proteases on basal medium containing 2%(w/v) chicken feathers. The fungus was observed to be a potent producer of such enzymes. Keratinolytic enzyme secretion was the best at 15 days of incubation period at pH 9 and temperature $40^{\circ}C$. No relationship existed between the enzyme yield and increase of biomass. Enzyme production was suppressed by exogenous sugars in descending order arabinose>maltose>mannose>fructose. But glucose did not influence the enzyme activity. The keratinolytic enzyme released by the fungus demonstrated the ability to decompose keratin substrates as chicken feather when exogenous glucose was present. The keratinolytic activity was inhibited by $HgCl_2$ and serine-protease inhibitors such as phenymethylsulfonyl fluoride(100%), chymostain(88%), crystalline soybean trypsin inhibtor(80%), antipain(45%) and aprotinin(40%), and was not by cystein-protease and aspartyl-protease inhibitors. The enzyme activity is only partially inhibited by metallo-protease inhibitor. Thus, the enzyme secreted by A. flavus K-03 belongs to the alkaline serine-type protease.
Khan, Zahoor;Shafique, Maryam;Zeb, Amir;Jabeen, Nusrat;Naz, Sehar Afshan;Zubair, Arif
한국미생물·생명공학회지
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제49권1호
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pp.65-74
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2021
Serine proteases are the most versatile proteolytic enzymes with tremendous applications in various industrial processes. This study was designed to investigate the biochemical properties, critical residues, and the catalytic potential of alkaline serine protease using in-silico approaches. The primary sequence was analyzed using ProtParam, SignalP, and Phyre2 tools to investigate biochemical properties, signal peptide, and secondary structure, respectively. The three-dimensional structure of the enzyme was modeled using the MODELLER program present in Discovery Studio followed by Molecular Dynamics simulation using GROMACS 5.0.7 package with CHARMM36m force field. The proteolytic potential was measured by performing docking with casein- and keratin-enriched residues, while the effect of the inhibitor was studied using phenylmethylsulfonyl fluoride, (PMSF) applying GOLDv5.2.2. Molecular weight, instability index, aliphatic index, and isoelectric point for serine protease were 39.53 kDa, 27.79, 82.20 and 8.91, respectively. The best model was selected based on the lowest MOLPDF score (1382.82) and DOPE score (-29984.07). The analysis using ProSA-web revealed a Z-score of -9.7, whereas 88.86% of the residues occupied the most favored region in the Ramachandran plot. Ser327, Asp138, Asn261, and Thr326 were found as critical residues involved in ligand binding and execution of biocatalysis. Our findings suggest that bioengineering of these critical residues may enhance the catalytic potential of this enzyme.
콘텍트렌즈의 착용이 증가하면서 알칸사아메바에 의한 각막염이 급증하지만 아직도 이병을 치료하기가 매우 어려운 실정이다. 이 아메바에서 나오는 serine 단백질분해효소는 각막염의 유발에 중요한 역할을 하고 있다고 알려졌다. 본 연구에서는 A. castellanii의 세포외 serine 단백질분해효소의 활성을 저해하는 능력이 우수한 추출물을 230종 버섯의 메탄올 추출물로부터 선별하였다. 버섯을 메탄올과 물($65^{\circ}C$)로 추출한 후 여과.농축하여 이 추출물을 0.3 mg/ml의 농도로 효소와 반응시킨 후 기질 N-succinylala-ala-pro-phe p-anilide을 넣고 효소의 활성을 측정하여 우수한 저해능을 가진 추출물을 선별하였다. 이렇게 선별된 추출물을 가지고 성질을 연구하였는데, 한 추출물로 활성이 완전하게 억제되지 않았으나 두 추출물을 조합하여 사용하면 활성을 완전하게 억제할 수 있었다. 이 추출물은 다른 serine 단백질분해효소인 인간과 소의 트롬빈과 일반적인 단백질분해효소인 Protease K에는 영향을 미치지 않았다.
An extracellular protease (Mc1) was isolated from the nematode-trapping fungus Monacrosporium cystosporium by gel filtration, anion-exchange, and hydrophobic interaction chromatographies. This protease had a molecular mass of approximately 38 kDa and displayed an optimal activity at pH 7-9 and $56^{\circ}C$ (over 30 min). Its proteolytic activity was highly sensitive to the serine protease inhibitor PMSF (phenylmethylsulfonylfluoride, 0.1 mM), indicating that it belonged to the serine-type peptidase group. The Michaelis constant ($K_m$) and $V_max$ for substrate N-Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA were $1.67{\times}10^{-4}\;M$ and 0.6071 $OD_{410}$ per 30 s, respectively. This protease could degrade a broad range of substrates including casein, gelatin, BSA (bovine serum albumin), and nematode cuticle. Moreover, the enzyme could immobilize the free-living nematode Panagrellus redivivus and the pine wood nematode Bursaphelenchus xylophilus, suggesting that it might playa role in infection against nematodes. The encoding gene of Mc1 was composed of one intron and two exons, coding for a polypeptide of 405 amino acid residues. The deduced amino acid sequence of Mcl showed 61.4-91.9% identity to serine proteases from other nematode-trapping fungi. Our results identified that Mcl possessed biochemical properties including optimal reaction condition and substrate preference that are different from previously identified serine proteases.
An extracellular pretense of Bacillus amyloliquefaciens S94 was purified to apparent homogeneity. The enzyme activity was strongly inhibited by general inhibitor for serine protease, PMSF, suggesting that the enzyme is a serine pretense. The purified enzyme activity was inhibited by leucine peptidase inhibitor, bestatin, suggesting that the enzyme is a leucine endopeptidase. The maximum proteolytic activity against different protein substrates occurred at pH 10, 45$^{\circ}C$ (protein substrate) and pH 8, 45$^{\circ}C$ (synthetic substrate). The purified enzyme was specific in that it readily hydrolyBed substrates with Leu or Lys residues at P$_1$ site. The pretense had characteristics of a cold-adapted protein, which was more active for the hydrolysis of synthetic substrate in the range of 15$^{\circ}C$ to 45$^{\circ}C$, specially at low temperature.
균의 감염에 의해 유도되는 패혈성 shock는 균이 분비하는 elastase가 관여하며, 외부에서 serine pretense inhibitor의 biopolymer의 투여로 균에 의해 유도된 패혈성 shock를 억제시킬 수 있다고 보고되고 있다. 이에 본 연구진은 패혈성 치료제의 개발의 목적으로, 국내에서 민간 약으로 많이 이용되고 있는 백편두로부터 새로운 elastase inhibitor를 분리, 정제하여 부분 아미노산 서열 및 특성을 조사하였기에 발표하고자 한다. 백편두 추출액을 여러 차례에 걸쳐 column chromatography을 수행하면서 얻어지는 각 fraction에 대하여 elastase MCA-기질 및 trypsin MCA-기질을 이용하여 활성 측정 후 elastase 기질 및 trypsin 기질에 대하여 활성을 억제하는 fraction들을 모아 $C_{18}$ open column chromatography 및 $C_{18}$ HPLC 과정을 수행하여 2종류의 trypsin 활성 억제 물질과 1종류의 elastase inhibitor를 분리, 정제하여 각각을 Ti1, Ti2 및 Ti3로 명명하였다. 전기영 동 상에서 단일 hand를 확인한 후 각각의 inhibitor들의 부분 아미노산 서열을 결정하였다.
인천 연안의 심하게 오염된 갯벌로부터 강력한 세포외 알카리성 단백질 분해효소를 생산하는 호알카리성 Bacillus clausii I-52를 분리하였으며, 이 균주로부터 알카리성 단백질 분해효소의 유전자를 cloning하여 서열 분석을 하였다. Chromosome 서열이 완전히 밝혀진 Bacillus subtilis의 서열을 기초로 하여 알카리성 단백질 분해효소 및 promoter를 포함하도록 primer를 고안하여 PCR을 수행하여 2,277 bp의 DNA 단편을 얻었으며 BLAST 분석 결과 29 개의 아미노산으로 이루어진 signal peptide, 77 개의 아미노산으로 이루어진 propeptide 및 275 개의 아미노산을 갖는 활성형의 BCAP으로 구성된 총 381 개의 아미노산을 코딩하는 1,143 bp의 open reading frame을 확인하였다. 활성형 BCAP의 N-말단 아미노산은 Ala이며, 분자량 및 pI 값은 각각 27698.7 Da과 6.30으로 계산되었다. 아미노산 상동성을 분석한 결과, B. subtilis 유래의 nattokinase precursor 및 B. subtilis BSn5 유래의 subtilisin E precursor와 99%의 서열 상동성을 나타내어 B. clausii I-52 유래의 BCAP은 subtilisin 계열의 단백질 분해효소임을 확인하였다. E. coli BL21(DE3)에서 발현한 재조합 BCAP는 N-Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA 를 효율적으로 분해하였다. Refolding한 재조합 BCAP은 전형적인 serine protease inhibitor인 PMSF에 의하여 강하게 효소 활성이 억제됨으로써 serine protease 계열의 단백질 분해효소임을 알 수 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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