Previously, it was reported that the nonhomologous C-terminal regions of the D-hydantoinases are nonessential for catalysis, but affect the oligomeric structure of the enzyme [3]. In an effort to further confirm the above observation, the C-terminal region-inserted enzyme was constructed by attaching a peptide (22 residues) at the C-terminal of the D-hydantoinase from Bacillus thermocatenulatus GH2, and its structural and biochemical properties were compared with both the wild-type and C-terminal region-truncated enzymes. As a result, native tetrameric D-hydantoinase was dimerized as the truncated enzyme, and the inserted mutant with a new sequence was expressed as a catalytically active form in E. coli. Expression level of the inserted and truncated enzymes were found to be significantly increased compared to the level of the wild-type enzyme, and this appears to be due to the reduced toxic effect of the mutant enzymes on host cells. Dimerized enzymes exhibited increased thermo- and pH stabilities considerably when compared with the corresponding wild-type enzyme. Comparison of the substrate specificity between the mutant and wild-type enzymes suggests that the substrate specificity of the D-hydantoinase is closely linked with the oligomeric structure.
Park, Hyoung-Goo;Lim, Young-Ran;Han, Songhee;Kim, Donghak
Toxicological Research
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제30권1호
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pp.33-38
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2014
The human cytochrome P450 2J2 catalyzes an epoxygenase reaction to oxidize various fatty acids including arachidonic acid. In this study, three recombinant enzyme constructs of P450 2J2 were heterologously expressed in Escherichia coli and their P450 proteins were successfully purified using a $Ni^{2+}$-NTA affinity column. Deletion of 34 amino acid residues in N-terminus of P450 2J2 enzyme (2J2-D) produced the soluble enzyme located in the cytosolic fraction. The enzymatic analysis of this truncated protein indicated the typical spectral characteristics and functional properties of P450 2J2 enzyme. P450 2J2-D enzymes from soluble fraction catalyzed the oxidation reaction of terfenadine to the hydroxylated product. However, P450 2J2-D enzymes from membrane fraction did not support the P450 oxidation reaction although it displayed the characteristic CO-binding spectrum of P450. Our finding of these features in the N-terminal modified P450 2J2 enzyme could help understand the biological functions and the metabolic roles of P450 2J2 enzyme and make the crystallographic analysis of the P450 2J2 structure feasible for future studies.
A neutral xylanase (CcXyn) was identified from Coprinus cinereus. It has a single GH10 catalytic domain with a basic amino acid-rich extension (PVRRK) at the C-terminus. In this study, the wild-type (CcXyn) and C-terminus-truncated xylanase ($CcXyn-{\Delta}5C$) were heterologously expressed in Pichia pastoris and their characteristics were comparatively analyzed with aims to examine the effect of this extension on the enzyme function. The circular dichorism analysis indicated that both enzymes in general had a similar structure, but $CcXyn-{\Delta}5C$ contained less ${\alpha}-helices$ (42.9%) and more random coil contents (35.5%) than CcXyn (47.0% and 32.8%, respectively). Both enzymes had the same pH (7.0) and temperature ($45^{\circ}C$) optima, and similar substrate specificity on different xylans. They all hydrolyzed beechwood xylan primarily to xylobiose and xylotriose. The amounts of xylobiose and xylotriose accounted for 91.5% and 92.2% (w/w) of total xylooligosaccharides (XOS) generated from beechwood by CcXyn and $CcXyn-{\Delta}5C$, respectively. However, truncation of the C-terminal 5-amino-acids extension significantly improved the thermostability, SDS resistance, and pH stability at pH 6.0-9.0. Furthermore, $CcXyn-{\Delta}5C$ exhibited a much lower $K_m$ value than CcXyn (0.27 mg/ml vs 0.83 mg/ml), and therefore, the catalytic efficiency of $CcXyn-{\Delta}5C$ was 2.4-times higher than that of CcXyn. These properties make $CcXyn-{\Delta}5C$ a good model for the structure-function study of $({\alpha}/{\beta})_8$-barrel-folded enzymes and a promising candidate for various applications, especially in the detergent industry and XOS production.
Lee, Jae Pil;Shin, Eun-Sun;Cho, Min Yeol;Lee, Kyung-Dong;Kim, Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권12호
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pp.2036-2045
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2018
An endo-${\beta}$-1,4-glucanase gene, cel5L, was cloned using the shot-gun method from Bacillus sp.. The gene, which contained a predicted signal peptide, encoded a protein of 496 amino acid residues, and the molecular mass of the mature Cel5L was estimated to be 51.8 kDa. Cel5L contained a catalytic domain of glycoside hydrolase (GH) family 5 and a carbohydrate-binding module family 3 (CBM_3). Chromatography using HiTrap Q and CHT-II resulted in the isolation of two truncated forms corresponding to 50 (Cel5L-p50) and 35 kDa (Cel5L-p35, CBM_3-deleted form). Both enzymes were optimally active at pH 4.5 and $55^{\circ}C$, but had different half-lives of 4.0 and 22.8 min, respectively, at $70^{\circ}C$. The relative activities of Cel5L-p50 and Cel5L-p35 for barley ${\beta}$-glucan were 377.0 and 246.7%, respectively, compared to those for carboxymethyl-cellulose. The affinity and hydrolysis rate of pNPC by Cel5L-p35 were 1.7 and 3.3 times higher, respectively, than those by Cel5L-p50. Additions of each to a commercial enzyme set increased saccharification of pretreated rice straw powder by 17.5 and 21.0%, respectively. These results suggest CBM_3 is significantly contributing to thermostability, and to affinity and substrate specificity for small substrates, and that these two enzymes could be used as additives to enhance enzymatic saccharification.
PCR증폭기술 및 무세포 단백질 발현 기술의 융합을 통하여, 여러 형태로 서열의 일부가 결손된 단백질들을 고속으로 발현할 수 있는 시스템을 구축하였다. Exonuclease 및 endonuclease에 대한 mRNA의 안정성 향상을 통하여, PCR 증폭을 통해 획득한 선형 DNA로부터의 안정적인 단백질 발현이 가능하였다. 동일한 플라스미드로부터 출발하여 수 시간 이내에 C-말단의 아미노산서열이 순차적으로 제거된 다양한 형태의 트랜스아미나제 Vf의 활성변화를 확인할 수 있었으며 이같은 기술은 각종 효소 단백질의 서열-활성 상호관계의 연구를 위한 유용한 기반을 제공할 것으로 기대된다.
dTDP-rhamnose provides L-rhamnose to the bridge-like structure between mycolyl arabinogalactan and peptidoglycan of the mycobacterial cell wall. dTDP-rhamnose is composed of glucose-l-phosphate and dTTP by four enzymes encoded by rmlA-D. To determine the region(s) of RmlC protein essential for its dTDP-4-keto-6-deoxyglucose epimerase activity, we overexpressed both whole (202 amino acids) and three different truncated (N-terminal 106 or 150 or C-terminal 97 amino acids) RmlC proteins of Mycobacterium tuberculosis. The RmlC enzyme activity in the soluble lysates of ${\Delta}rmlC$ E. coli strain $S{\Phi}874$ (DE3 PlysS) expressing the wild type or truncated rmlC genes was initially analyzed by three sequential reactions from dTDP-glucose to dTDP-rhamnose in the presence of purified RmlB and RmlD. All three soluble lysates containing the truncated RmlC proteins showed no enzyme activity, while that containing the wild type RmlC was active. This wild type RmlC was then overexpressed and purified. The incubation of the purified RmlC enzyme so obtained with dTDP-4-keto-6-deoxyglucose resulted in the conversion of dTDP-4-keto-rhamnose. The results show that the truncated regions of the RmlC protein are important for the RmlC enzyme activity in M. tuberculosis.
We have developed a constitutive display system of the Pseudomonas fluorescens SIK W1 TliA lipase on the cell surface of Escherichia coli using E. coli outer membrane protein C (OmpC) as an anchoring motif, which is an economical compared to induced system. For the constitutive expression of truncated OmpC-TliA fusion proteins, gntT104 promoter was employed. Cell growth was not affected by over expression of fusion protein during entire culture time, suggesting cell lysis was not a problem. The localization of truncated OmpC-TliA fusion protein on the cell surface was confirmed by immunofluorescence microscopy and measuring whole cell lipase activity. Constitutively displayed lipase was very stable, retaining activity enantioselectivity throughout the five repeated reactions. These results suggest that OmpC from E. coli be a useful anchoring motif for displaying enzymes on the cell surface without any inducers, and this stable surface display system can be employed for a broad range of biotechnological applications.
연구배경: 활성산소종(reactive oxygen species)은 발암 기전의 여러 단계 과정에 관여한다. 대부분의 종양 세포주 및 종양 조직내의 종양 세포는 활성산소종을 생성하는 반면 종양 세포의 catalase, Mn- 및 CuZn-SOD등 기존 항산화 단백의 활성도는 대부분 저하되어 있다. 이로 인한 종양 조직내의 지속적인 산화 스트레스는 종양의 국소 침습 및 전이를 촉진한다. 12-kDa thioredoxin은 glutathione 및 glutaredoxin과 함께 세포내 산화-환원 전위를 조절하여 세포 활성, 증식, 분화 및 산화-환원에 의한 아포토시스 조절에 관여하는 것으로 알려져 있다. 한편 histiocytic lymphoma 세포 (U937, human)에서 14-kDa 및 10-kDa의 eosinophilic cytotoxic enhancing factor(ECEF)로 정제되었으며 호산구 자극의 생물학적 기능은 10-kDa에서 20배 이상 높은 것으로 알려져 있다. 성인 T-세포백혈병, 자궁경부상피세포암 및 간세포암에서 thioredoxin 양이 증가 되어 있고 폐암에서는 thioredoxin mRNA가 증가되어 있는 것으로 알려져 있다. 이에 폐암 조직과 주위 정상 조직을 비교하여 catalase, CuZn-SOD 및 glutathione peroxidase 등 기존 항산화 단백과 thioredoxin 발현 변화를 비교 관찰하고 대식세포에서 산화 스트레스 및 내독소에 의한 thioredoxin 발현 변화를 관찰하고자 하였다. 방 법: 동일한 환자의 폐암 조직과 주변의 정상 폐 조직을 immunoblot 분석으로 catalase, CuZn-SOD, glutathione peroxidase 및 thioredoxin 발현을 비교 관찰하였으며 대식세포인 mouse monocyte-macrophage 세포 (RAW 264.7)에 5 ${\mu}M$ menadione 및 1 ${\mu}g/ml$ endotoxin을 처치하여 thioredoxin 발현을 관찰하였다. 결 과: Immunoblot 분석상 12-kDa의 thioredoxin 발현은 폐암 조직에서 정상 폐조직과 비교하여 의미있는 증가를 보였으나 catalase 및 CuZn-SOD의 발현은 폐암 조직에서 정상 폐조직과 비교하여 감소하였고 glutathione peroxidase의 발현은 일정 하지 않은 변화를 보였다. 절단형(truncated) thioredoxin 역시 폐암에서 증가하였다. Mouse monocyte-macrophage cells에 5 ${\mu}M$ menadione 및 1 ${\mu}g/ml$ endotoxin을 처치하였을때 thioredoxin 발현은 12시간에 최고로 증가하여 48 시간까지 지속되었다. 결 론: 폐암에서 기존의 항산화 단백과는 달리 12-kDa 및 절단형 thioredoxin 발현이 증가하며 이는 종양 조직내의 지속적인 산화 스트레스와 밀접한 연관이 있다. 특히 절단형 thioredoxin의 생물학적 기능을 고려할 때 절단형 thioredoxin 발현 증가는 종양 세포 증식을 통한 종양 성장에 더욱 의미있는 역할하리라고 생각된다.
Ben Abdelmalek, Imen;Urdaci, Maria Camino;Ali, Mamdouh Ben;Denayrolles, Muriel;Chaignepain, Stephane;Limam, Ferid;Bejar, Samir;Marzouki, Mohamed Nejib
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제19권11호
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pp.1306-1318
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2009
The filamentous ascomycete Sclerotinia sclerotiorum is well known for its ability to produce a large variety of hydrolytic enzymes. Two $\alpha$-amylases ScAmy54 and ScAmy43 predicted to play an important role in starch degradation were showed to produce specific oligosaccharides essentially maltotriose that have a considerable commercial interest. Primary structure of the two enzymes was established by N-terminal sequencing, MALDI-TOF masse spectrometry and cDNA cloning. The two proteins have the same N-terminal catalytic domain and ScAmy43 derived from ScAmy54 by truncation of 96 amino acids at the carboxyl-terminal region. Data of genomic analysis suggested that the two enzymes originated from the same $\alpha$-amylase gene and that truncation of ScAmy54 to ScAmy43 occurred probably during S. sclerotiorum cultivation. The structural gene of Scamy54 consisted of 9 exons and 8 introns, containing a single 1,500-bp open reading frame encoding 499 amino acids including a signal peptide of 21 residues. ScAmy54 exhibited high amino acid homology with other liquefying fungal $\alpha$-amylases essentially in the four conserved regions and in the putative catalytic triad. A 3D structure model of ScAmy54 and ScAmy43 was built using the 3-D structure of 2guy from A. niger as template. ScAmy54 is composed by three domains A, B, and C, including the well-known $(\beta/\alpha)_8$ barrel motif in domain A, have a typical structure of $\alpha$-amylase family, whereas ScAmy43 contained only tow domains A and B is the first fungal $\alpha$-amylase described until now with the smallest catalytic domain.
A balance between production and degradation of reactive oxygen species (ROS) is critical for maintaining cellular homeostasis. Increased levels of ROS during oxidative stress are associated with disease conditions. Antioxidant enzymes, such as extracellular superoxide dismutase (EC-SOD), in the extracellular matrix (ECM) neutralize the toxicity of superoxide. Recent studies have emphasized the importance of EC-SOD in protecting the brain, lungs, and other tissues from oxidative stress. Therefore, EC-SOD would be an excellent therapeutic drug for treatment of diseases caused by oxidative stress. We cloned both the full length (residues 1-240) and truncated (residues 19-240) forms of human EC-SOD (hEC-SOD) into the donor plasmid pFastBacHTb. After transposition, the bacmid was transfected into the Sf9-baculovirus expression system and the expressed hEC-SOD purified using FLAG-tag. Western blot analysis revealed that hEC-SOD is present both as a monomer (33 kDa) and a dimer (66 kDa), as detected by the FLAG antibody. A water-soluble tetrazolium (WST-1) assay showed that both full length and truncated hEC-SOD proteins were enzymatically active. We showed that a potent superoxide dismutase inhibitor, diethyldithiocarbamate (DDC), inhibits hEC-SOD activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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