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.
잉어로부터 분리한 Aeromonas hydrophila는 세포 밖으로 여러 종류의 proteases를 생산한다. A. hydrophila의 배양 상층액을 이용한 inhibitor assay를 통하여, 주된 활성을 나타내는 metallopretease와 약한 활성을 나타내는 serine protease가 있음을 알게 되었다. Gelatin SDS-PAGE를 통하여 두 개의 활성 band가 관찰되었으며, 이 들 중 넓게 퍼진 band는 metalloprotease에 특이하게 작용하는 inhibitor인 EDTA에 의해 활성이 상실되었고 따라서 metalloprotease임을 알 수 있었다. 다른 하나는 serine protease에 특이하게 반응하는 inhibitor인 PMSF에 의해 저해되어 serine protease임을 알 수 있었다. 이러한 두 extracellular protease의 활성은 $75^{\circ}C$에서 30 분간 열을 가한 후에도 Gelatin SDS-PAGE상에 남아있었다. 그런데, 주된 metalloprotease는 Sephadex G-75를 이용한 column chromatography를 거친 후 Gelatin Gel상에서 두 개의 band로 분리되었다.
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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제53권1호
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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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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.
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.
Trypsin을 비롯한 여러 serine protease를 저해하는 단백질을 계골격근으로부터 여러 chromatography 방법을 이용하여 순수하게 분리하였다. 이 저해제의 분자량은 젤 여과법을 이용하여 측정한 결과 66,000 달톤이었으며 sodium dodecyl sulfate 존지하에서 전기영동하였을 때 66,000과 64,000 달톤의 두 단백질로서 나타났다. 이 중 64,000 달톤의 단백질은 순수분리과정 혹은 생체 내에서 일어난 부분 절제현상에 기인한 66,000 달톤 단백질의 부산물인 것으로 사료된다. 이 저해제는 약 7.4의 등전점을 가진 당 단백질임을 알 수 있었으며, 다량의 cysteine잔기를 포함하고 있다.
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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제19권5호
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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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