For the production and purification of a single chain human insulin precursor, four types of fusion peptides $\beta$-galactosidase (LacZ), maltose binding protein (MBP), glutathione-S-transferase (GST), and (His)(sub)6-tagged sequence (HTS) were investigated. Recombinant E. coli harboring hybrid genes was cultivated at 37$\^{C}$ for 1h, and gene induction occurred when 0.2mM of isopropyl-D-thiogalactoside (IPTG) was added to the culture broth, except for E. coli BL21 (DE3) pLysS harboring a pET-BA cultivation with 1.0mM IPTG, followed by a longer than 4h batch fermentation respectively. DEAE-Sphacel and Sephadex G-200 gel filtration chromatography, amylose affinity chromatography, glutathione-sepharose 4B affinity chromatography, and a nickel chelating affinity chromatography system as a kind of immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC) were all employed for the purification of a single chain human insulin precursor. The recovery yields of the HTS-fused, GST-fused, MBP-fused, and LacZ-fused single chain human insulin precursors resulted in 47%, 20%, 20%, and 18% as the total protein amounts respectively. These results show that a higher recovery yield of the finally purified recombinant peptides was achieved when affinity column chromatography was employed and when the fused peptide had a smaller molecular weight. In addition the pET expression system gave the highest productivity of a fused insulin precursor due to a two-step regulation of the gene expression, and the HTS-fused system provided the highest recovery of a fused insulin precursor based on a simple and specific separation using the IMAC technique.
MyoD, expressed in skeletal muscle lineages of vertebrate embryo, is one of muscle-specific basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors, which plays a key role in the determination and differentiation of all skeletal muscle lineages. In this study, a cDNA of grass carp MyoD was cloned and characterized from total RNA of grass carp embryos by RT-PCR. The full-length cDNA of grass carp MyoD is 1597 bp. The cDNA sequence analysis reveals an open reading frame of 825 bp coding for a protein of 275 amino acids, which includes a bHLH domain composed of basic domain (1-84th amino acids) and HLH domain (98-142th amino acids), without signal peptide. Then the MyoD cDNA of grass carp was cloned to yeast expression vector pPICZ$\alpha$A and transformed into P. pastoris GS115 strain, the recombinant MyoD protein with a molecular weight of about 31KD was obtained after inducing for 2d with 0.5% methanol in pH 8.0 BMGY medium, and the maximum yield was about 250 mg/L in shaking-flask fermentation. The results were expected to benefit for further studies on the crystal structure and physiological function of fish MyoD.
The authentic hGH converted from met-hGH by immobilized ApM was purified by successive chromatographic processes based on the differences in isoelectric points, hydrophobicities and charges. The final recovery yield was about 14.1% and the specific activity of the purified hGH was 2.75IU per mg when assayed by enzyme immunoassay. The purified hGH was verified to be authentic hGH through the analysis of amino acid composition, amino-terminal amino acid sequence, carboxy-terminal amino acid and tryptic peptide map. The purity of purified hGH was higher than that of commercial hGH when assessed by SDS-PAGE, PAGE, IEF and HSGF. In weight-gain assay and tibia test with hypophysectomized rats, the hGH produced in this study showed the same growth effect as the commercial hGH.
Solid-phase refolding of immobilized proteins can be an effective way to reuse an immobilized enzyme column. Oriented immobilization methods are known to provide higher activity of the immobilized enzymes. In this study, using recombinant EK (enterokinase) as a model enzyme and a fusion protein, that consisted of recombinant human growth hormone and six His tag that was linked by the peptide of EK-specific recognition sequence, as a model substrate, we evaluated two oriented immobilization methods, i. e., reductive alkylation of N-terminus ${\alpha}$-amine and affinity interaction between poly-histidine tag and Ni-NTA (nickel-nitrilotriacetic acid). The immobilization yield, activity and cleavage of the immobilized enzymes, and the yield of solid-phase refolding were compared. The Ni affinity immobilization and the covalent immobilization yields were about 100% and 65%, respectively. But the specific activities were the same, about 50% of that of the soluble enzyme. The cleavage rate by the covalently immobilized EK was higher than the soluble enzyme and the side reaction of cryptic cleavage was significantly decreased. Covalently immobilized EK showed almost 100% refolding yield but the affinity immobilized EK showed only 70% yield, which suggested the covalent conjugation provided more rigid ‘reference structure’ for the solid-phase refolding. The monomeric hGH could be easily obtained by capturing the cleaved poly Histidine tag by the Ni affinity column.
Shao, Na;Huang, Huoqing;Meng, Kun;Luo, Huiying;Wang, Yaru;Yang, Peilong;Yao, Bin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.7
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pp.1221-1226
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2008
The soft rot bacterium Pectobacterium wasabiae is an economically important pathogen of many crops. A new phytase gene, appA, was cloned from P. wasabiae by degenerate PCR and TAIL-PCR. The open reading frame of appA consisted of 1,302 bp encoding 433 amino acid residues, including 27 residues of a putative signal peptide. The mature protein had a molecular mass of 45 kDa and a theoretical pI of 5.5. The amino acid sequence contained the conserved active site residues RHGXRXP and HDTN of typical histidine acid phosphatases, and showed the highest identity of 48.5% to PhyM from Pseudomonas syringae. The gene fragment encoding the mature phytase was expressed in Escherichia coli BL21 (DE3), and the purified recombinant phytase had a specific activity of 1,072$\pm$47 U/mg for phytate substrate. The optimum pH and temperature for the purified phytase were pH 5.0 and 50$^{\circ}C$, respectively. The $K_m$ value was 0.17 mM, with a $V_{max}$ of 1,714 $\mu$mol/min/mg. This is the first report of the identification and isolation of phytase from Pectobacterium.
Yi, Seung-In;Park, Mee-Yeon;Kim, Ju-Kon;Choi, Yang Do
Plant Biotechnology Reports
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v.3
no.3
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pp.213-223
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2009
Lipid transfer proteins (LTPs) are widely distributed in the plant kingdom, but their functions remain elusive. The proteins AlLTP2-4 were isolated from three related Allium plants: garlic (A. sativum L.), Welsh onion (A. fistulosum L.), and Nanking shallot (A. ascalonicum L.). These novel proteins comprise a new class of LTPs associated with the Ace-AMP1 from onion (A. cepa L.). The AlLTP genes encode proteins harboring 132 common amino acids and also share a high level of sequence identity. Protein characteristics and phylogenetic analysis suggest that LTPs could be classified into five distinct groups. The AlLTPs were clustered into the most distantly related plant LTP subfamily and appeared to be restricted to the Allium species. In particular, the number of amino acids existing between the fourth and fifth Cys residue was suggested as a conserved motif facilitating the categorization of all the LTP-related proteins in the family. Unlike other LTPs, AlLTPs harboring both the putative C-terminal propeptide and N-terminal signal peptide were predicted to be localized to cytoplasmic vacuoles. When a chimeric GFP protein fused with both N-terminal and C-terminal AlLTP2 signal peptides was expressed in rice cells, the fluorescence signal was detected in the endomembrane compartments, thereby confirming that AlLTPs are an unprecedented intracellular type of LTP. Collectively, our present data demonstrate that AlLTPs are a novel type of LTP associated with the Allium species.
A novel esterase gene (est7S) was cloned from an enriched metagenomic library derived from an oil-spill area. The gene encoded a protein of 505 amino acids, and the molecular mass of the Est7S was estimated to be 54,512 Da with no signal peptide. Est7S showed the highest identity of 40% to an esterase from a sludge metagenome compared to the characterized enzymes with their properties, although it showed 99% identity to a carboxylesterase in the genome sequence of Alcanivorax borkumensis SK2. Est7S had catalytic triad residues, Ser183, Glu312, and His420, and the GESAG motif in most family VII lipolytic enzymes. Est7S was purified from the crude extract of clone SM7 using Sephacryl S-200 HR and HiTrap Q column chromatographies. The purified Est7S was optimally active at $50^{\circ}C$ and pH 10.0. Est7S showed a high specific activity of 366.7 U/mg protein. It preferred short length esters, particularly p-nitrophenyl acetate, efficiently hydrolyzed R- and S-enantiomers of methyl-3-hydroxy-2-methylpropionate, and glyceryl tributyrate. These properties of Est7S may provide potential merits in biotechnological applications such as detergent and paper processing under alkaline conditions.
Khan, Zahoor;Shafique, Maryam;Zeb, Amir;Jabeen, Nusrat;Naz, Sehar Afshan;Zubair, Arif
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.49
no.1
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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.
The monomer and dimer structures of the amyloid fragment Aβ(1-16) sequence formed in H2O were investigated using electrospray ionization mass spectrometry (MS) and tandem MS (MS/MS). Aβ16 monomers and dimers were indicated by signals representing multiple proton adduct forms, [monomer+zH]n+ (=Mz+, z = charge state) and [dimer+zH]z+ (=Dz+), in the MS spectrum. Fragment ions of monomers and dimers were observed using collision-induced dissociation MS/MS. Peptide bond dissociation was mostly observed in the D1-D7 and V11-K16 regions of the MS/MS spectra for the monomer (or dimer), regardless of the monomer (or dimer) charge state. Both covalent and non-covalent bond dissociation processes were indicated by the MS/MS results for the dimers. During the non-covalent bond dissociation process, the D3+ dimer complex was separated into two components: the M1+ and M2+ subunits. During the covalent bond dissociation of the D3+ dimer complex, the b and y fragment ions attached to the monomer, (M+b10-15)z+ and (M+y9-15)z+, were thought to originate from the dissociation of the M2+ monomer component of the (M1++M2+) complex. Two different D3+ complex geometries exist; two distinguished interaction geometries resulting from interactions between the M1+ monomer and two different regions of M2+ (the N-terminus and C-terminus) are proposed. Intricate fragmentation patterns were observed in the MS/MS spectrum of the D5+ complex. The complicated nature of the MS/MS spectrum is attributable to the coexistence of two D5+ configurations, (M1++M4+) and (M2+M3+), in the Aβ16 solution.
Neuropeptides produced in neurosecretory cells are the largest group of insect hormones. They regulate various physiological functions, such as fat body homeostasis, feeding, digestion, excretion, circulation, reproduction, metamorphosis, and behavior throughout all life stages. The PRXamide peptide family (X, a variable amino acid) is a well-characterized neuropeptide component with a common amino acid sequence, PRXamide (NH2), at the C-terminal end conserved across Insecta. The PRXamide peptides are classified into three subfamilies, each having diverse biological roles in insects: (1) pyrokinin (PK) includes the pheromone biosynthesis activating neuropeptide (PBAN) and the diapause hormone (DH), (2) the capability (CAPA) peptides, and (3) the ecdysis-triggering hormone (ETH). PBAN as a member of PK subfamily was first identified to stimulate pheromone biosynthesis in moths three decades ago. Since then, PBAN peptides have been extensively studied by various research groups from a broad spectrum of arthropods. In this paper, we briefly review insect PBAN molecules with emphasis on gene structure and expression, signal transduction, physiological mechanism in sex pheromone biosynthesis, and application for pest management.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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