Collagenolytic proteases are widely used in the food, medical, pharmaceutical, cosmetic, and textile industries. Mesophilic collagenases exhibit collagenolytic activity under physiological conditions, but have limitations in efficiently degrading collagen-rich wastes, such as collagen from fish scales, at high temperatures due to their poor thermostability. Bacterial collagenolytic proteases are members of various proteinase families, including the bacterial collagenolytic metalloproteinase M9 and the bacterial collagenolytic serine proteinase families S1, S8, and S53. Notably, the C-terminal domains of collagenolytic proteases, such as the pre-peptidase C-terminal domain, the polycystic kidney disease-like domain, the collagen-binding domain, the proprotein convertase domain, and the β-jelly roll domain, exhibit collagen-binding or -swelling activity. These activities can induce conformational changes in collagen or the enzyme active sites, thereby enhancing the collagen-degrading efficiency. In addition, thermostable bacterial collagenolytic proteases can function at high temperatures, which increases their degradation efficiency since heat-denatured collagen is more susceptible to proteolysis and minimizes the risk of microbial contamination. To date, only a few thermophile-derived collagenolytic proteases have been characterized. TSS, a thermostable and halotolerant subtilisin-like serine collagenolytic protease, exhibits high collagenolytic activity at 60℃. In this review, we present and summarize the current research on A) the classification and nomenclature of thermostable and mesophilic collagenolytic proteases derived from diverse microorganisms, and B) the functional roles of their C-terminal domains. Furthermore, we analyze the cleavage specificity of the thermostable collagenolytic proteases within each family and comprehensively discuss the thermostable collagenolytic protease TSS.
Aeromonas hydrophila isolated from the intestine of carp produced several kinds of proteases into the medium. Inhibitor assay with the culture supernatant of A. hydrophila showed that there were major metalloproteases and minor serine proteases. Gelatin SDS-PAGE showed two proteolytic bands. One broad protease band was inhibited by metalloprotease specific inhibitor, EDTA, indicating a metalloprotease. The other was inhibited by serine protease specific inhibitor, PMSF, suggesting a serine protease. The proteolytic activities of both extracellular proteases remained on Gelatin SDS-PAGE after heating at $70^{\circ}C$ for 30 min. However, the major metalloprotease was separated into two proteolytic bands on Gelatin PAGE by gel filtration chromatography on Sephadex G-75.
An alkalophilic Vibrio sp. RH530 showing high proteolytic activity was isolated form soil samples by enrichment culture. The activity staining using gelatin SDS- polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE ) revealed that the strain produced an alkaline major protease (Apr B) with a size of 27 kDa, and at least six minor proteases. The apparent sizes of four of the minor proteases were approximately 45, 28, 22 and 19 kDa. Apr B and five of the minor proteases were inhibited by serine protease inhibitors including PMSF and DFP, suggesting that they are serine proteases. One of the minor proteases was inhibited by metalloprotease inhibitors, not by serine protease inhibitors, indicating it to be a metalloprotease. Furthermore, the activities of Apr B and Prt 3 were not inhibited by SDS in the reaction mixture. The production of Apr B and some of the minor proteases was specifically affected by culture temperature (30 to 37.deg.C) and pH (7 to 10). The production of Apr B. Prt 2, Prt 5 and Prt 6 was mainly affected by culture temperature, while Prt 4 by culture pH. Prt 1 and Prt 3 were not affected by neither of these factors.
Yang, Yong;Wen, Yun jun;Cai, Ya Nan;Vallee, Isabelle;Boireau, Pascal;Liu, Ming Yuan;Cheng, Shi Peng
Parasites, Hosts and Diseases
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v.53
no.1
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pp.1-11
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2015
Serine proteases form one of the most important families of enzymes and perform significant functions in a broad range of biological processes, such as intra- and extracellular protein metabolism, digestion, blood coagulation, regulation of development, and fertilization. A number of serine proteases have been identified in parasitic helminths that have putative roles in parasite development and nutrition, host tissues and cell invasion, anticoagulation, and immune evasion. In this review, we described the serine proteases that have been identified in parasitic helminths, including nematodes (Trichinella spiralis, T. pseudospiralis, Trichuris muris, Anisakis simplex, Ascaris suum, Onchocerca volvulus, O. lienalis, Brugia malayi, Ancylostoma caninum, and Steinernema carpocapsae), cestodes (Spirometra mansoni, Echinococcus granulosus, and Schistocephalus solidus), and trematodes (Fasciola hepatica, F. gigantica, and Schistosoma mansoni). Moreover, the possible biological functions of these serine proteases in the endogenous biological phenomena of these parasites and in the host-parasite interaction were also discussed.
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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v.40
no.4
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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.
Although the number of patients with Acanthamoeba keratitis has increased dramatically since the widespread use of contact lens, it is still very hard to cure the disease. The proteases from the Acanthamoeba were reported to play important role in the pathogenesis of keratitis. In this study, the inhibitors for extracellular serine proteases of A. castellanii were screened from the extracts of 230 mushroom samples collected from various regions of Korea. The mushrooms were extracted with methanol and water ($65^{\circ}C$). Filtered and concentrated extracts (0.3 mg/ml) were preincubated with proteases before addition of peptide substrate N-succinyl-ala-ala-pro-phe p-anilide. The selected extracts showing strong inhibitory effects were characterized. Although inhibition with single extract was not so high enough, the complete inhibition was achieved with combination of two extracts. The selected extract showed little effect on other serine proteases such as thrombin (human and bovine) and on general protease such as protease K.
A Potent inhibitor of trypsin and other various serine proteases including chymotrypsin, elastase, kallikrein, plasmin and subtilisin, has been purified to homogeneity from chick skeletal muscle by convendonal chromatographic procedures. The Inhibitor has an apparent molecular weight of 66, 000 dalton as determined by gel filtration. When the purified inhibitor was electrophoresed in the presence of sodium dodecyl sulfate, there appeared rwo protein bands having molecular weights of 66, 000 and 64, 000 dalton. The 64, 000 dalton protein seems to be the product of 66, 000 dalton protein by a lin'ited proteolysis during the purification procedure or in viuo. Thus, it seems to consist of a single polypeptide. The inhibitor appeared to be glycoprotein and have an isoelectric point of 7.4. It contains relatively large amount (8.33 mole%) of cysteine residues.
Lee, Hyun Ji;Kim, Hyung Jun;Park, Sung Hwan;Yoon, In Seong;Lee, Gyoon-Woo;Kim, Yong Jung;Kim, Jin-Soo;Heu, Min Soo
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.19
no.5
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pp.25.1-25.8
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2016
The fractionation of serine protease inhibitor (SPI) from fish roe extracts was carried out using polyethylene glycol-4000 (PEG4000) precipitation. The protease inhibitory activity of extracts and PEG fractions from Alaska pollock (AP), bastard halibut (BH), skipjack tuna (ST), and yellowfin tuna (YT) roes were determined against target proteases. All of the roe extracts showed inhibitory activity toward bromelain (BR), chymotrypsin (CH), trypsin (TR), papain-EDTA (PED), and alcalase (AL) as target proteases. PEG fractions, which have positive inhibitory activity and high recovery (%), were the PEG1 fraction (0-5 %, w/v) against cysteine proteases (BR and PA) and the PEG4 fraction (20-40 %, w/v) against serine proteases (CH and TR). The strongest specific inhibitory activity toward CH and TR of PEG4 fractions was AP (9278 and 1170 U/mg) followed by ST (6687 and 2064 U/mg), YT (3951 and 1536 U/mg), and BH (538 and 98 U/mg). The inhibitory activity of serine protease in extracts and PEG fractions from fish roe was stronger than that of cysteine protease toward common casein substrate. Therefore, SPI is mainly distributed in fish roe and PEG fractionation effectively isolated the SPI from fish roes.
Extracellular proteases play an important role in a wide range of host physiological events, such as food digestion, extracellular matrix degradation, coagulation and immunity. Among the large extracellular protease family, serine proteases that contain a "paper clip"-like domain and are therefore referred to as CLIP-domain serine protease (clip-SP), have been found to be involved in unique biological processes, such as immunity and development. Despite the increasing amount of biochemical information available regarding the structure and function of clip-SPs, their in vivo physiological significance is not well known due to a lack of genetic studies. Recently, Drosophila has been shown to be a powerful genetic model system for the dissection of biological functions of the clip-SPs at the organism level. Here, the current knowledge regarding Drosophila clip-SPs has been summarized and future research directions to evaluate the role that clip-SPs play in Drosophila immunity are discussed.
Extracellular serine proteases were isolated from a soil bacterium, alkalophilic coryneform bacterium TU-19, which have been grown in a liquid medium optimized at 3$0^{\circ}C$ and pH 10.0. Three different sizes, 120 kDa (protease I), 80 kDa (protease II), and 45 kDa (protease III), of serine pro teases were purified using Sephadex G-150 and QAE-Sephadex chromatography (Kang et al. 1995. Agric. Chem Biotech. 38: 534-540). SDS-PAGE showed that the 120 kDa protease was degraded into the 80 kDa protease in 20 mM Tris-HCI (pH 8.0) buffer solution. This degradation was enhanced in the presence of 0.5 M NaCl and 5 mM EDTA, but was inhibited in the presence of 5 mM $CaCl_2$. These results indicated that the $Ca^{2+}$ ion seems to stabilize the 120 kDa protease like other proteases derived from Bacillus species. The $NH_2$-terminal amino acid sequences of the 10 residues of both proteases were completely identical: Met-Asn-Thr-Gln-Asn-Ser-Phe-Leu-Ile-Lys. In contrast to this, the 80 kDa protease has 1.5 times higher specific activity than the 120 kDa protease does (Kang et al. 1995. Agric. Chern. Biotech. 38: 534-540). Therefore the C-terminal of the 120 kDa protease seems to be autolyzed to the 80 kDa protease but this autolysis did not decrease the protease activity. Optimum pH and temperature of both 80 kDa and 120 kDa proteases were pH 10.5 and $45^{\circ}C$, respectively, and pH and thermal stability were almost identical. Several divalent ions except the $Fe^{2+}$ ion showed similar effects on activities of both proteases, which are similarly resistant to three different detergents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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