Proteomics is a formalized approach for obtaining a rapid snap-shot of the protein complement of a tissue, cell or cell component. Such an approach is powerful in that it allows a parallel assessment of temporal protein fluxes. This is an important concept in view of the dynamic nature of protein expression. Undoubtedly, changes in protein expression are essential in any study aimed at investigating cellular networks. In this study, we analyzed and compared the proteomes of recombinant E. coli strain before and after induction. Proteome expression patterns of recombinant E. coli were resolved on 2D-gels, and the variations in the relative expression level of particular proteins were examined using software-aided protein quantification tool. We observed above 800 spots on a 2D-gel using Melanie II software. Many proteins which involved in chaperones were significantly up-regulated in recombinant E. coli. Therefore, it could be concluded that the expression of recombinant protein in E. coli acted as a stress to the cells, which change cells ability to synthesize proteins and induced the expression of various protective proteins.
Shen and colleagues (Lin et al., 2004) have recently shown that overexpression of the Drosophila DNA methyltransferase 2 isoform C, dDnmt2c, extended life span of fruit flies, probably due to increased expression of small heat shock proteins such as Hsp22 or Hsp26. Here, I demonstrate with immunoprecipitations that overexpressed dDnmt2c interacts with endogenous Hsp70 protein in vivo in S2 cells. However, its C-terminal half, dDnmt2c(178-345) forms approximately 10-fold more Hsp70-containing protein complexe than wild-type dDnmt2c. Overexpressed dDnmt2c(178-345) but not the full length dDnmt2c is able to increase endogenous mRNA levels of the small heat shock proteins, Hsp26 and Hsp22. I provide evidence that dDnmt2c(178-345) increases Hsp26 promoter activity via two heat shock elements, HSE6 and HSE7. Simultaneously overexpressed Hsp40 or a dominant negative form of heat shock factor abrogates the dDnmt2c(178-345)-dependent increase in Hsp26 transcription. The data support a model in which the activation of heat shock factor normally found as an inactive monomer bound to chaperones is linked to the overexpressed C-terminus of dDnmt2c. Despite the differences observed in flies and S2 cells, these findings provide a possible explanation for the extended lifespan in dDnmt2c-overexpressing flies with increased levels of small heat shock proteins.
Dehydrins are group II, late embryogenesis abundant proteins that act putatively as chaperones in stressed plants. To elucidate the function of dehydrins in poplar, we isolated the $SK_2$-type dehydrin gene Podhn from Populus alba $\times$ P. tremula var. glandulosa suspension cells and analyzed its expression following treatments of abiotic stress, wounding and plant growth regulator. Sequence homology and phylogenetic analyses indicate Podhn encodes an acidic dehydrin (pI 5.14, 277 amino acids, predicted size 25.6 kDa) containing two lysine-rich "K-segments" and a 7-serine residue "S-segment", both characteristic of $SK_2$-type dehydrins. Southern blots show Podhn genes form a small gene family in poplar. Podhn was expressed in all tissues examined under unstressed conditions, but most strongly in cell suspensions (especially in the stationary phase). Drought, salt, cold and exogenous abscisic acid (ABA) treatments enhanced Podhn expression, while wounding and jasmonic acid caused its reduction. Therefore, Podhn might be involved in ABA or stress response.
A time-dependent folding process was used to determine whether or not protein disulfide isomerase (PDI) plays an important role in the maturation of nascent lactoferrin polypeptides. Interaction between lactoferrin and PDI was analyzed according to the co-immunoprecipitation of the two proteins. The results indicate that lactoferrin folding requires a significant interaction with PDI and its binding is relatively brief compared to other nascent polypeptides. The amount of lactoferrin interacting with PDI increases up to half a minute and sharply decreases beyond this time point. During the refolding process that follows reduction by DTT, lactoferrin polypeptides heavily interact with PDI and the interaction period was extended compared to the normal folding process. In terms of the temperature effect on PDI-lactoferrin interaction, PDI binds to lactoferrin polypeptides longer at a lower temperature (here, $25^{\circ}C$) than $37^{\circ}C$. The lactoferrin-PDI interaction was also studied in vitro. According to the in vitro experiment data, PDI was still functional in cell lysates assisting lactoferrin folding into the mature form. PDI interacts with lactoferrin polypeptides for an extended period during the folding in vitro. During the refolding process in vitro, intermolecular aggregates and refolding oligomers matured into a functional form after PDI binds to the lactoferrin. These results suggest that PDI provides a prolonged chaperoning activity in the refolding processes and that there appears to be a greater requirement for PDI chaperone activity in the refolding of lactoferrin polypeptides.
Acetylation of lysine residues in proteins is a reversible and highly regulated posttranslational modification. However, it has not been systematically studied in prokaryotes. By affinity immunoseparation using an anti-acetyllysine antibody together with nano-HPLC/MS/MS, we identified 125 lysine-acetylated sites in 85 proteins among proteins derived from Escherichia coli. The lysine-acetylated proteins identified are involved in diverse cellular functions including protein synthesis, carbohydrate metabolism, the TCA cycle, nucleotide and amino acid metabolism, chaperones, and transcription. Interestingly, we found a higher level of acetylation during the stationary phase than in the exponential phase; proteins acetylated during the stationary phase were immediately deacetylated when the cells were transferred to fresh LB culture medium. These results demonstrate that lysine acetylation is abundant in E. coli and might be involved in modifying or regulating the activities of various enzymes involved in critical metabolic processes and the synthesis of building blocks in response to environmental changes.
A new strain of Pseudomonas sp. was isolated from mercury (Hg)-contaminated sites in Taiwan. This bacterium removed more than 80% of Hg present in the culture medium at 12 h incubation and was chosen for further analysis of the molecular mechanisms of Hg tolerance/removal abilities in this Pseudomonas sp. We used RNA-seq, one of the next-generation sequencing methods, to investigate the transcriptomic responses of the Pseudomonas sp. exposed to 60 mg/L of Hg2+. We de novo assembled 4,963 contigs, of which 10,533 up-regulated genes and 5,451 down-regulated genes were found to be regulated by Hg. The 40 genes most altered in expression levels were associated with tolerance to Hg stress and metabolism. Functional analysis showed that some Hg-tolerant genes were related to the mer operon, sulfate uptake and assimilation, the enzymatic antioxidant system, the HSP gene family, chaperones, and metal transporters. The transcriptome were analyzed further with Gene Ontology (GO) and Cluster of Orthologous Groups (COGs) of proteins and showed diverse biological functions and metabolic pathways under Hg stress.
Kim, Il-Sup;Shin, Sun-Young;Kim, Young-Saeng;Kim, Hyun-Young;Lee, Dong-Hee;Park, Kyung-Moc;Jin, Ingn-Yol;Yoon, Ho-Sung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.6
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pp.974-977
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2010
Cyclophilins contain the conserved activity of cis-trans peptidyl-prolyl isomerase, which is implicated in protein folding, and function as molecular chaperones. When the yeast cyclophilin A gene (cpr1) was subcloned into the prokaryotic expression vector pKM260, it was found that the expression of Cpr1 drastically increased the cell viability of E. coli BL21 when under abiotic stress conditions, as in the presence of cadmium, copper, hydrogen peroxide, heat, and SDS. Therefore, this study illustrates the importance of Cpr1 as a molecular chaperone that can improve the cellular stress responses when E. coli cells are exposed to adverse conditions, while also demonstrating its potential to increase the stability of E. coli strains utilized for the production of recombinant proteins.
Lysosomal storage diseases (LSDs) are a group of inherent diseases characterized by massive accumulation of undigested compounds in lysosomes, which is caused by genetic defects resulting in the deficiency of a lysosomal hydrolase. Currently, enzyme replacement therapy has been successfully used for treatment of 7 LSDs with 10 approved therapeutic enzymes whereas new approaches such as pharmacological chaperones and gene therapy still await evaluation in clinical trials. While therapeutic enzymes for Gaucher disease have N-glycans with terminal mannose residues for targeting to macrophages, the others require N-glycans containing mannose-6-phosphates that are recognized by mannose-6-phosphate receptors on the plasma membrane for cellular uptake and targeting to lysosomes. Due to the fact that efficient lysosomal delivery of therapeutic enzymes is essential for the clearance of accumulated compounds, the suitable glycan structure and its high content are key factors for efficient therapeutic efficacy. Therefore, glycan remodeling strategies to improve lysosomal targeting and tissue distribution have been highlighted. This review describes the glycan structures that are important for lysosomal targeting and provides information on recent glyco-engineering technologies for the development of therapeutic enzymes with improved efficacy. [BMB Reports 2015; 48(8): 438-444]
Khanna, Rajesh;Zougman, Alexandre;Stanley, Elise F.
BMB Reports
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v.40
no.3
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pp.302-314
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2007
N type calcium channels (CaV2.2) play a key role in the gating of transmitter release at presynaptic nerve terminals. These channels are generally regarded as parts of a multimolecular complex that can modulate their open probability and ensure their location near the vesicle docking and fusion sites. However, the proteins that comprise this component remain poorly characterized. We have carried out the first open screen of presynaptic CaV2.2 complex members by an antibody-mediated capture of the channel from purified rat brain synaptosome lysate followed by mass spectroscopy. 589 unique peptides resulted in a high confidence match of 104 total proteins and 40 synaptosome proteome proteins. This screen identified several known CaV2.2 interacting proteins including syntaxin 1, VAMP, protein phosphatase 2A, $G_{o\alpha}$, G$\beta$ and spectrin and also a number of novel proteins, including clathrin, adaptin, dynamin, dynein, NSF and actin. The unexpected proteins were classified within a number of functional classes that include exocytosis, endocytosis, cytoplasmic matrix, modulators, chaperones, and cell-signaling molecules and this list was contrasted to previous reports that catalogue the synaptosome proteome. The failure to detect any postsynaptic density proteins suggests that the channel itself does not exhibit stable trans-synaptic attachments. Our results suggest that the channel is anchored to a cytoplasmic matrix related to the previously described particle web.
The results of recent studies indicate that high levels of free fatty acids(FFAs) and adipokines may be the main causes of non-alcoholic liver disease; however, the molecular mechanism that links FFAs to lipotoxicity remains unclear. In the present study, we treated HepG2 cells with FFA(either palmitate or oleate) to investigate the mechanisms involved in lipotoxicity in the liver cells. We also treated cells with palmitate in the presence of a chemical chaperone, 4-phenylbutyric acid(PBA), to confirm the involvement of ER stress in lipotoxicity. Palmitate significantly induced cytotoxicity in dose- and time-dependent manners. Apoptosis was also significantly induced by palmitate as measured by caspase-3 activity and DAPI staining. Palmitate led to increased expressions of the spliced form of X-box-protein(Xbp)-1 mRNA and C/EBP homologous transcription factor(CHOP) protein, suggesting activation of the unfolded-protein response. PBA co-incubation significantly attenuated apoptosis induced by palmitate. The above data demonstrate that high levels of palmitate induce apoptosis via the mediation of ER stress in the liver cells and that chemical chaperones act to modulate ER stress and accompanying apoptosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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