KR101100831B1 - Method for determining the cyanophycin synthetase activity using quantitative analysis of ATP - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시아노파이신 합성효소의 역가를 측정함에 있어, 시아노파이신 합성효소의 반응에서 에너지원으로 사용되는 ATP의 감소량을 측정하여 중합반응에 의한 시아노파이신 합성정도를 예측하고 그로부터 효소의 역가를 계산하는 시아노파이신 합성효소의 역가 측정방법에 관한 것으로, 종래 시판중인 ATP 정량 시약 및 기기를 이용함으로써 ATP 감소량을 정량적으로 정확하게 측정할 수 있고, 그에 따라 아미노산의 중합반응 정도를 정확하게 계산할 수 있어서, 기존의 방사선을 사용할 때 발생하는 다양한 문제점들을 해결해 주는 동시에 효소의 역가를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, in measuring the titer of cyanopysin synthetase, the amount of ATP used as an energy source in the reaction of cyanopysin synthase is measured to predict the degree of cyanopysin synthesis by the polymerization reaction and the enzyme titer therefrom. The present invention relates to a method for measuring the titer of cyanopysin synthetase, and by using a commercially available ATP quantitative reagent and instrument, the amount of ATP reduction can be quantitatively measured accurately, and thus the degree of polymerization of amino acids can be accurately calculated. In addition, it solves various problems that occur when using conventional radiation, and has the effect of accurately measuring the titer of enzyme.

시아노파이신, ATP, 효소 역가 측정 Cyanopysin, ATP, Enzyme Titer Determination

Description

ATP의 정량적 측정을 통한 시아노파이신 합성효소의 역가 측정방법{Method for determining the cyanophycin synthetase activity using quantitative analysis of ATP}Method for determining the cyanophycin synthetase activity using quantitative analysis of ATP

본 발명은 ATP의 정량적 측정을 통한 시아노파이신 합성효소의 역가 측정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시아노파이신 합성효소의 역가를 측정함에 있어, 시아노파이신 합성효소의 반응에서 에너지원으로 사용되는 ATP의 감소량을 측정하여 중합반응에 의한 시아노파이신 합성정도를 예측하고 그로부터 효소의 역가를 계산하는 시아노파이신 합성효소의 역가 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the titer of cyanopysin synthase by quantitative measurement of ATP, and more specifically, in measuring the titer of cyanopycin synthase, it is used as an energy source in the reaction of cyanopycin synthase. The present invention relates to a method for measuring the titer of cyanopysin synthetase, which measures the amount of reduction in ATP, predicts the degree of cyanophosphine synthesis by polymerization, and calculates the enzyme titer therefrom.

시아노파이신(cyanophycin)은 다중-L-아르기닐-폴리-L-아스파르트산(multi-L-arginyl-poly-L-aspartic acid; CGP)으로, 동종이량체(homodimer) 효소 시아노파이신 합성효소에 의해 합성된다(Ziegler et al. 1998). 최근 들어 진정세균류(eubacteria)에서 시아노파이신 합성효소가 광범위하게 발생된다는 보고가 있었다. CGP의 생합성은 리보솜 단백질 합성 저해제와는 독립적이나, 각각 단량체 L-아 르기닌 및 L-아스파르트산, ATP, 티올기 및 선재하는 시아노파이신 프라이머의 존재에는 종속적이다(Simon, 1976). CGP 구성 블록 β-아스파르틸 아르기닌의 트리펩타이드인 (β-asp-arg)3가 시아노파이신 합성효소(cyanophycin synthetase; CphA) 반응을 위한 가장 짧은 프라이머로서 확인되었다(Berg et al. 2000).Cyanophycin is a multi-L-arginyl-poly-L-aspartic acid (CGP), a homodimer enzyme cyanopycin synthase It is synthesized by (Ziegler et al. 1998). Recently, there have been reports of the widespread development of cyanopysin synthase in eubacteria. Biosynthesis of CGP is independent of ribosomal protein synthesis inhibitors, but is dependent on the presence of monomers L-arginine and L-aspartic acid, ATP, thiol groups and preexisting cyanopysin primers (Simon, 1976). (Β-asp-arg) 3 , a tripeptide of the CGP building block β-aspartyl arginine, was identified as the shortest primer for cyanophycin synthetase (CphA) reaction (Berg et al. 2000).

종래에 제안된 반응 모델(Berg et al., 2000)에 따르면, CphA는 주로 아실인산화 단계 (단계 1), 및 도입 또는 연장 단계(단계 2)의 두 단계를 통해 CGP 프라이머의 C-말단에서 L-아르기닌과 L-아스파르트산의 순차적 혼합을 촉매화시킨다. 단계 1은 다음과 같이 설명될 수 있다:According to a conventionally proposed reaction model (Berg et al., 2000), CphA is mainly expressed in L at the C-terminus of the CGP primer through two steps, an acyl phosphorylation step (step 1), and an introduction or extension step (step 2). Catalyze the sequential mixing of arginine and L-aspartic acid. Step 1 can be described as follows:

단계 1Step 1

Figure 112008078615942-pat00001
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우선, CGP의 C-말단에서 아스파르트산의 자유 카복실산 기(β-카복실 또는 α-카복실)을 CphA의 ATP 결합 위치 중 하나의 γ-포스페이트 잔기로 활성화시켜 아실포스페이트 중간체 착물 및 ADP를 생성시킨다. 또한, MurD 효소의 반응 메카니즘에 대한 보우스 등(Bouhss et al.; 1999)의 방법에 의해 아데노신 5‘-테트라포스페이트를 형성시킨다: First, the free carboxylic acid group (β-carboxyl or α-carboxyl) of aspartic acid at the C-terminus of CGP is activated with a γ-phosphate residue at one of the ATP binding sites of CphA to generate acylphosphate intermediate complexes and ADP. Adenosine 5′-tetraphosphate is also formed by the method of Bouhss et al. (1999) on the reaction mechanism of the MurD enzyme:

Figure 112008078615942-pat00002
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2 단계로서, 하기와 같이, β-아실포스페이트가 예비형성되었을 때, L-아르기닌의 아미노기가 친핵 공격에 의해 인산염과 교체되고 CGP 프라이머에 도입된다.As a second step, when β-acylphosphate is preformed as follows, the amino group of L-arginine is replaced with phosphate by nucleophilic attack and introduced into the CGP primer.

Figure 112008078615942-pat00003
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α-아실 포스페이트가 합성되는 경우, CphA가 아실 포스페이트와 L-아스파르트산 사이의 반응을 촉매화시키고, 아스파르틸 주쇄를 연장시킨다. CphA가 두 개의 ATP 결합 위치를 포함하고(Berg et al. 2003), ATP-점유 상과(superfamily)의 비리보솜성 펩타이드 합성의 티오-주형 메카니즘(Clifforf et al, 2003)과 유사한 ATP-의존성 결찰 반응을 촉매화시키기 때문에, 아실 포스페이트 합성이 CphA의 주요 반응이다. 인산화 단계와 도입 단계를 결합시킴으로써 하기의 반응식을 설명할 수 있다:When α-acyl phosphate is synthesized, CphA catalyzes the reaction between acyl phosphate and L-aspartic acid and extends the aspartyl backbone. CphA contains two ATP binding sites (Berg et al. 2003) and ATP-dependent ligation similar to the thio-template mechanism of nonribosomal peptide synthesis of the ATP-occupying superfamily (Clifforf et al, 2003). As it catalyzes the reaction, acyl phosphate synthesis is the main reaction of CphA. By combining the phosphorylation step with the introduction step, the following scheme can be illustrated:

1 L-Asp + 1 L-Arg + 2 ATP + (Asp-Arg)n 1 L-Asp + 1 L-Arg + 2 ATP + (Asp-Arg) n

->->

(Asp-Arg)n+2 + 2 ADP + 2 Pi(Asp-Arg) n + 2 + 2 ADP + 2 Pi

여기서, (Asp-Arg)n는 초기 CGP 프라이머 블록이다. 따라서 각 아미노산 단량체 1 몰의 도입은 ATP 2 몰의 소비에 상응하는 것이다.Where (Asp-Arg) n is the initial CGP primer block. Thus, the introduction of 1 mole of each amino acid monomer corresponds to the consumption of 2 moles of ATP.

CphA 효소의 활성을 평가하기 위해, 지금까지 사이몬의 독특한 방사선 방법(Simon, 1976)을 약간 변형시켜 사용되었다(Ziegler et all 1998, Abboulmagd et al. 2000, Hai et al. 2008). 상기 방법의 원리는 CGP 프라이머에 도입된 티타늄-표지 또는 14C-표지 단량체인 L-아스파르트산 또는 L-아르기닌을 정량적으로 계수하는 것이다. 결론적으로, 방사선 표지 방법은 고비용이 소요되고, 비친화적이며, 특별한 안정성 및 보호 기술을 필요로 하기 때문에 많은 실험실에서 이용되고 있지 않다. 또한 방사선 표지 분석은 세척 단계 동안 미반응 아미노산 단량체를 합성된 CGP 산물로부터 제거해야 하기 때문에 많은 시간이 소요된다. 더욱이 반복된 세척이 CGP 산물의 손실을 가져오고, 종종 방사선 활성을 계수함에 있어 편차를 발생시켰다. 따라서 ATP 소비가 CphA 활성 평가를 위한 비방사선 방법으로서 역할을 할 수 있을 것이다. 종래의 연구에서, ATP 소비는 다양한 ATP 가수분해 효소, 예를 들어 키나아제 활성(Bakiet al. 2007) 및 ATPase 활성(Beauge & Campos, 1986, Ahmad et al. 2006)을 측정하는데 사용되었다. To assess the activity of the CphA enzyme, so far it has been used with a slight modification of Simon's unique radiation method (Simon, 1976) (Ziegler et all 1998, Abboulmagd et al. 2000, Hai et al. 2008). The principle of the method is to quantitatively count L-aspartic acid or L-arginine, which is a titanium-labeled or 14 C-labeled monomer introduced into a CGP primer. In conclusion, radiolabeling methods are not used in many laboratories because they are expensive, incompatible, and require special stability and protection techniques. Radiolabeling assays are also time consuming because unreacted amino acid monomers must be removed from the synthesized CGP product during the wash step. Moreover, repeated washings resulted in loss of CGP products and often caused deviations in counting radioactivity. Thus, ATP consumption may serve as a non-radioactive method for assessing CphA activity. In conventional studies, ATP consumption has been used to measure various ATP hydrolase, such as kinase activity (Bakiet al. 2007) and ATPase activity (Beauge & Campos, 1986, Ahmad et al. 2006).

시아노파이신은, 아르기닌 잔기를 감소 또는 제거시킨 후 얻어진 폴리-α-L 아스파르트산을 다른 공업 분야에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 헬스케어 분야에도 사용할 수 있기 때문에 (Oppermann-Sanyo & Steinb, 2002) 바이오테크놀로지 분야에서 특히 주목받고 있다.Cyanopysin is a biotechnology because the poly-α-L aspartic acid obtained after reducing or eliminating arginine residues can be used not only for other industries but also for healthcare (Oppermann-Sanyo & Steinb, 2002). Of particular interest in the field.

CphA의 주요 구조는 각각 ATP-점유 습벽 상과(ATP-grasp fold superfamily)에 전형적인 잠재적 ATP-결합 위치(Berg et al. 2000)를 보유한 두 개의 영역을 나타낸다. N-말단 영역은 아스파르테이트를 CGP로 도입시키는 한편, C-말단 영역은 아르기닌을 CGP에 연결시키며, 라이신 잔기 K497이 이를 위해 중요한 역할을 한다고 여겨진다. Lys-497이 Ala-497로 치환됨으로 인해, L-아르기닌의 도입이 중단되었지만, L-아스파르트산 도입이 저해되지는 않았다. 이는 활성이 각각의 단량체의 존재 하에서만 유지되는 야생형 CphA(Berg et al. 2000)와는 반대되는 것이다. 그러나 K479와 유사한 고도로 보존된 MurD 족의 라이신 잔기 K197의 역할에 대한 다른 보고서는 Mg-ATP 결합 복합체 중의 카바모일화된 라이신 잔기의 주요 역할에 대해 지시하였다. 돌연변이화는 주로 상기에서 기술한 CphA 반응의 아실인산화 단계 1에 영향을 미칠 수 있다.The main structure of CphA represents two regions, each with a potential ATP-binding site (Berg et al. 2000) typical of the ATP-grasp fold superfamily. The N-terminal region introduces aspartate into CGP, while the C-terminal region links arginine to CGP, and it is believed that lysine residue K497 plays an important role for this. The substitution of Ala-497 with Lys-497 stopped the introduction of L-arginine but did not inhibit the introduction of L-aspartic acid. This is in contrast to wild type CphA (Berg et al. 2000), where activity is maintained only in the presence of each monomer. However, other reports on the role of lysine residue K197 in the highly conserved MurD family similar to K479 pointed to the major role of carbamoylated lysine residues in the Mg-ATP binding complex. Mutation can mainly affect the acyl phosphorylation stage 1 of the CphA response described above.

프로메가(Promega)(Madison, WI)에서 시판되는 ENTILEN ATP 분석 생물발광 감지 키트(ENTILENATP assay bioluminescence detection kit)는 효소 반응 후 용액에 잔존하는 ATP의 양을 정량화한다. 상기 분석은 산소의 존재하에 루시페라아제/D-루시페린 상호작용을 이용하며, 하기에 기술한 바와 같다:The ENTILENATP assay bioluminescence detection kit available from Promega (Madison, WI) quantifies the amount of ATP remaining in solution after enzyme reaction. The assay utilizes luciferase / D-luciferin interaction in the presence of oxygen, as described below:

ATP + D-루시페린 + 루시페라아제 + O2 ATP + D-Luciferin + Luciferase + O 2

->->

Oxyluciferin + AMP + Pi + CO2 + 빛. Oxyluciferin + AMP + Pi + CO 2 + Light.

여기서, 발광 강도는 ATP의 농도에 비례한다. 프로메가 ENLITEN키트는 루시페라아제/루시페린 복합체(L/L)를 이용하여 ATP를 빠르게 정량화하고, 0.1 fmol 이하까지 ATP를 탐지한다. 이는 CphA 효소적 반응에 의해 소비된 ATP-농도를 시험하는데 적절한 비방사선 분석법이다.Here, the luminescence intensity is proportional to the concentration of ATP. Promega ENLITEN kits rapidly quantify ATP using luciferase / luciferin complex (L / L) and detect ATP up to 0.1 fmol or less. This is a non-radioactive assay suitable for testing the ATP-concentration consumed by the CphA enzymatic reaction.

CGP의 C-말단 카복실기의 활성화를 위한 ATP의 소비(단계 1 참조)는 CphA에 의해 촉매화된 총 반응에 있어 주요 단계이다. 따라서 시아노파이신 합성효소의 첨가 전과 후의 ATP 농도 차이(ΔATP)는 상대 광 유니트(relative light units; RLU)의 차이에 상응한다. 상대 광 유니트는 CphA 활성도와 일치한다. Consumption of ATP (see step 1) for activation of the C-terminal carboxyl group of CGP is a major step in the total reaction catalyzed by CphA. Thus, the difference in ATP concentration (ΔATP) before and after the addition of cyanopysin synthase corresponds to the difference in relative light units (RLU). Relative optical units are consistent with CphA activity.

세포-유리 추출물뿐만 아니라 CphA 함유 단백질 분획 중의 CphA 활성도를 측정하는데 ATP 분석법을 적용하기 위하여, 본 발명에서는 임의의 ATP-가수분해 인자, 특히 ATPases 및 리보솜 단백질 합성 경로를 최소화하여 제거야 하였다. ATPases 활성이 바나데이트 및 네오마이신(Lipsky, J. J. & P. S. Lietman 1980), 플루오르화 소듐(Zulfiqar & Senior, 2006, Marquis, 1977)의 존재하에 저해되었으며, 리보솜성 단백질이 클로람페니콜(chloramphenicol; Simon, 1976)의 첨가에 의해 억제되었다. In order to apply ATP assays to measure CphA activity in CphA containing protein fractions as well as cell-free extracts, the present invention had to minimize and eliminate any ATP-hydrolysis factors, in particular ATPases and ribosomal protein synthesis pathways. ATPases activity was inhibited in the presence of vanadate and neomycin (Lipsky, JJ & PS Lietman 1980), sodium fluoride (Zulfiqar & Senior, 2006, Marquis, 1977), and the ribosomal protein was inhibited by chloramphenicol (Simon, 1976). It was inhibited by the addition of.

본 발명에서는 카바모일화된 라이신 잔기 K497가 알라닌 잔기로 치환되어 야기된 불활성화 메카니즘을 증명하기 위하여 조 세포 추출물 및 His-표지 CphANE1b 중에서 돌연변이화된 시아노파이신 합성효소 CphANE1bK497A의 활성을 측정하기 위한 고속 비방사선표지 분석법을 제공하였다. K497(기탁번호 EF660552)이 CGP로 아르기닌 도입에 이용가능한 주요 잔기임이 제안되었다(Berg, 2003).In the present invention, a high-speed for measuring the activity of cyanopysin synthase CphANE1bK497A mutated in crude cell extract and His-labeled CphANE1b to demonstrate the inactivation mechanism caused by the substitution of a carbamoylated lysine residue K497 with an alanine residue. Non-radiolabeled analysis was provided. It has been suggested that K497 (Accession No. EF660552) is a major residue available for arginine introduction into CGP (Berg, 2003).

따라서 본 발명의 목적은 방사선물질의 사용없이 ATP의 정량방법에 의해 간편하게 시아노파이신 합성효소의 역가를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a method for measuring the titer of cyanopysin synthase simply by quantification of ATP without the use of radioactive material.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시아노파이신의 효소 역가를 측정함에 있어, 시아노파이신 합성효소의 반응에 에너지원으로 사용되는 ATP의 감소량을 측정하여 중합반응에 의한 시아노파이신 합성정도를 예측하고 그로부터 효소의 역가를 계산하여 시아노파이신의 효소 역가의 측정방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention measures the amount of ATP used as an energy source in the reaction of cyanopysin synthetase in measuring the enzyme titer of cyanopycin, and thus the degree of cyanopysin synthesis by the polymerization reaction. And predicting the enzyme titer therefrom provides a method for measuring the enzyme titer of cyanopysin.

본 발명에 따른 방법은 CphA를 갖는 세포를 깨어서 얻은 액을 이용하거나, 정제된 CphA을 이용하여 시아노파이신 합성반응을 수행하는 단계;The method according to the present invention comprises the steps of using a solution obtained by breaking a cell having CphA, or using a purified CphA to perform cyanopysin synthesis reaction;

상기 합성반응 전의 ATP양과 반응 후의 ATP양을 측정하여 ATP 함량 변화를 측정하여, 시아노파이신의 합성정도를 측정하는 단계; 및Measuring the degree of synthesis of cyanopycin by measuring the change in ATP content by measuring the amount of ATP before the synthesis reaction and the amount of ATP after the reaction; And

측정된 시아노파이신의 합성정도로부터 CphA 활성도를 계산하는 단계Calculating CphA Activity from the Measured Synthesis of Cyanopysin

로 이루어진 것을 특징으로 한다..

본 발명에 따른 ATP의 정량적 측정을 통한 시아노파이신 합성효소의 역가 측정방법은 종래 시판중인 ATP 정량 시약 및 기기를 이용함으로써 ATP 감소량을 정량적으로 정확하게 측정할 수 있고, 그에 따라 아미노산의 중합반응 정도를 정확하게 계산할 수 있어서, 기존의 방사선을 사용할 때 발생하는 다양한 문제점들을 해결해 주는 동시에 효소의 역가를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.The method for measuring the titer of cyanopysin synthase through the quantitative measurement of ATP according to the present invention can quantitatively accurately measure the amount of ATP decrease by using a commercially available ATP quantitative reagent and a device, and thus the degree of polymerization of amino acids. Accurate calculations can solve various problems that occur when using conventional radiation, and at the same time have the effect of accurately measuring enzyme titers.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 실시예를 참고로 보다 구체적으로 설명한다. 하지만 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1 : 박테리아 균주 배양Example 1 Bacteria Strain Culture

재조합 균주인 인비트로젠(San Diego, CA, USA)의 에스케치리아 콜리(Escherichia coli) DH5α (F araD139 Δ(ara, leu)7697 lacX74 galU galK rpsL (Strr) deoR Φ80dlacZ ΔM15 endA1 nupG recA1 mcrA Δ(mrr hsdRMS mcrBC) 및 노바젠 (Madison, WI, USA)의 BL21(DE3) pLysS (F, ompT, gal (dcm),(DE3), (Ion), hsdSB (rB-mB-)을 각각 His-표지 CphA 단백질의 클로닝 및 과발현에 이용하였다. 박테리아를 LB 배지에서 37℃로 75μgmL-1 아스피린 또는 50 μgmL-1 카나마이신이 보충된 LB 배지 50 mL 또는 500 mL 중에서 220 rpm으로 진탕하면서 배양하였다. His-표지 단백질을 유발시키기 위해서, 세포 생장이 OD600 = 0.3에 도달하였을 때 1 mM의 이소프로필-ß-D-티오갈락토사이드(IPTG)를 가하였다. Escherichia coli from the recombinant strain Invitrogen (San Diego, CA, USA) DH5α (F araD139 Δ ( ara , leu ) 7697 lacX74 galU galK rpsL (Strr) deoR Φ80dlacZ Δ M15 endA1 nupG recA1 mcrA Δ ( mrr hsdRMS mcrBC ) and BL21 ( S3F ) of Novazen (Madison, WI, USA) , ompT, gal (dcm), (DE3), (Ion), hsdS B (rB - mB -) were respectively used in the cloning and expression of His- cover CphA protein. Bacteria were incubated at 37 ° C. in LB medium with shaking at 220 rpm in 50 mL or 500 mL of LB medium supplemented with 75 μg mL −1 aspirin or 50 μg mL −1 kanamycin. To induce His-labeled protein, 1 mM of isopropyl-ß-D-thiogalactoside (IPTG) was added when cell growth reached OD 600 = 0.3.

실시예 2 : DNA 분리 및 유전자 조작Example 2 DNA Isolation and Genetic Engineering

HiYield™ 플라스미드 미니키트(Plasmid Mini Kit)(Real Genomics, Taipei, Taiwan)를 이용하여 플라스미드를 정제하였다. DNA 분자의 효소 소화 및 리게이션을 지시된 제한 엔도뉴클레아제 및 T4 DNA 리가아제(Takara, Shiga, Japan)를 이용하여 수행하였다.Plasmids were purified using HiYield ™ Plasmid Mini Kit (Real Genomics, Taipei, Taiwan). Enzymatic digestion and ligation of DNA molecules was performed using the indicated restriction endonucleases and T4 DNA ligase (Takara, Shiga, Japan).

실시예 3 : CphA 유전자의 부위특이적 돌연변이화(Site-directed mutagenesis)Example 3 Site-directed mutagenesis of CphA gene

쿤켈(Kunkel)(1987)의 방법에 따라 부위특이적 돌연변이화를 수행하였다. CphANE1b의 효소적 활성에서 Lys의 역할을 입증하기 위하여, 라이신이 알라닌으로 치환되어 돌연변이 K497A가 얻어지는 부위특이적 돌연변이화를 유발시켰다. Site specific mutagenesis was performed according to the method of Kunkel (1987). To demonstrate the role of Lys in the enzymatic activity of CphA NE1b , lysine was substituted with alanine to cause site specific mutagenesis resulting in mutant K497A.

올리고누클레오타이드 서열 GGCACTAACGGTGCNACCACCACTACC을 갖는 정방향 프라이머(K497A-F) 및 누클레오타이드 서열 GGTAGTGGTGGTNGCACCGTTAGTGCC를 갖는 역방향 프라이머(K497A-R)를 적용하였다. 플라스미드 pUCbm20::cphA NE1b가 DNA 주형으로서 작용하였다. QuikChange 부위특이적 돌연변이유발 키트(Stratagene, La Jolla, CA, USA)를 사용하여 이러한 돌연변이화를 유발시켰다. 플라스미드 증식을 위하여, 증폭된 PCR 산물을 DpnI로 소화시켜 메틸화된 플라스미드 주형을 제거하였다. 이어서 니키드 형태(nicked form)의 pUCbm20::cphA NE1bK497A를 함유한 비메틸화된 PCR 산물을 E. coli XL-10 Gold에 형질전환시켰다. 돌연변이된 유전자를 DNA 서열화(GGBioCom Sequencing Service Center, Yongin, Korea)로 확인하였다. His-표지 야생형 및 돌연변이된 효소의 발현 및 정제를 위하여, 표준 방법에 따라 cphA 유전자를 발현 pET28a+의 NdeI/BamHI 위치로 아클로화시키고, E. coli BL21(DE3) pLysS로 형질전환시켰다.Forward primer (K497A-F) with oligonucleotide sequence GGCACTAACGGTGCNACCACCACTACC and reverse primer (K497A-R) with nucleotide sequence GGTAGTGGTGGTNGCACCGTTAGTGCC were applied. Plasmid pUCbm20 :: cphA NE1b served as DNA template. QuikChange site specific mutagenesis kits (Stratagene, La Jolla, Calif., USA) were used to induce such mutations. For plasmid propagation, the amplified PCR product was digested with DpnI to remove the methylated plasmid template. The unmethylated PCR product containing nicked form pUCbm20 :: cphA NE1bK497A was then transformed into E. coli XL-10 Gold. Mutated genes were identified by DNA sequencing (GGBioCom Sequencing Service Center, Yongin, Korea). For expression and purification of His-labeled wild type and mutated enzymes, the cphA gene was acloned to the NdeI / BamHI position of the expression pET28a + and transformed with E. coli BL21 (DE3) pLysS according to standard methods.

실시예 4 : 부위특이적 돌연변이 CphAExample 4 Site-Specific Mutant CphA NE1bK497ANE1bK497A 의 과생산, 효소 정제 및 웨스턴 블롯Overproduction, Enzyme Purification and Western Blot

최근에 개시된 방법(Hai et al., 2008)에 따라 E. coli BL-21 (DE3)pLysS에서 His-표지 CphANE1bK497A 단백질의 과생산 및 Ni-NTA 친화성 크로마토그래피상에서 His-표지 CphA의 정제를 수행하였다. 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 멤브레인 및 세미드라이-트랜스불롯 SD-어패러투스(Semidry-TransBlot SD-apparatus; Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)를 이용하여 웨스턴 혼성(hybridization)을 수행하였다. His-표지 단백질을 동정하기 위하여, 노바젠사(Novagen; Darmstadt, Germany)의 분류번호 70796-3dnk His-표지 모노클로날 항체 키트를 이용하였다. 로체 디아그노스틱스 게엠베하(Roche Diagnostics GmbH; Mannheim, Germany)에서 입수한 p-니트로 블루 테트라졸륨 클로라이드(NBT) 및 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴 포스페이트(BCIP)를 이용하여 블롯 신호를 전개시켰다. 혼성 과정은 제조자의 지시에 따랐다. Purification of His-labeled CphA on Ni-NTA affinity chromatography and overproduction of His-labeled CphA NE1bK497A protein in E. coli BL-21 (DE3) p LysS according to the recently disclosed method (Hai et al. , 2008) . Was performed. Polyvinylidene Fluoride (PVDF) Membrane and Semidry-TransBlot SD-apparatus; Western hybridization was performed using Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA. To identify His-labeled protein, the No. 70796-3dnk His-labeled monoclonal antibody kit from Novagen (Darmstadt, Germany) was used. Blot using p-nitro blue tetrazolium chloride (NBT) and 5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate (BCIP) obtained from Roche Diagnostics GmbH (Mannheim, Germany) The signal was developed. The hybridization process was according to the manufacturer's instructions.

실시예 5 : CGP 프라이머에서 ATP 결합도 및 CphA 함유 세포 용리물에서 ATP 친화도 측정Example 5: Determination of ATP affinity in CGP primers and ATP affinity in CphA containing cell eluate

아스피라아제(Biolabs)를 이용하여 시아노파이신 제제 중 자유 및(또는) 결합 형태의 ATP 존재를 입증하였다. 특히, CphA 반응에서 프라이머로 이용되는 시아노파이신을 CphA 효소 및 ATP가 없는 총 부피 100 μL의 반응 혼합물에 재현탁시키고, 0.2 U.ml-1 아스피라아제로 4 시간 동안 배양하였다. 100 μL의 7 % 트리클로르아세트산(TCA)을 가하여 반응을 중단시켰다. 대조를 위하여, 아스피라아제를 사용하지 않은 반응 혼합물을 적용하였다. 1 분 동안의 볼텍싱 및 4℃에서 20 분 동안 14,000 g로 원심분리한 후, 청정 상청액 중 ATP 농도를 상기한 바와 같이 루시페라아제 키트(Promega)를 이용하여 측정하였다.Aspirase (Biolabs) was used to demonstrate the presence of free and / or bound forms of ATP in cyanopycin preparations. In particular, cyanopycin used as a primer in the CphA reaction was resuspended in a reaction mixture of 100 μL total volume without CphA enzyme and ATP and incubated with 0.2 U.ml −1 aspirase for 4 hours. 100 μL of 7% Trichloracetic acid (TCA) was added to stop the reaction. For control, the reaction mixture without aspirase was applied. After vortexing for 1 minute and centrifugation at 14,000 g for 20 minutes at 4 ° C., the ATP concentration in the clean supernatant was measured using a luciferase kit (Promega) as described above.

실시예 6 : ATP 결합 분석Example 6 ATP Binding Assay

CphA 단백질 및 CGP 프라이머의 ATP 결합 활성을 다음과 같이 측정하였다. 2 μg의 CphA 또는 100μg의 CGP를 30℃에서 2 mM ATP 100μL의 반응 완충액 A [20 mM Tris/HCl, pH 8.0, 5 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol (DTT), 10 mM KCl and 0.005% Triton X-100] 중에서 2 mM ATP로 배양하였다. 시료(각 10 μL)를 0, 1, 2, 3, 5 및 15 분 째에 제거하고, 각각 ATP 없는 물중의 5% 트리클 로르아세트산 90 μL를 가하여 CGP 및 CphA에 대한 ATP 결합 분석을 중단시켰다. CGP 및 CphA에 결합된 ATP를 4℃에서 20분 동안 14,000 g로 원심분리하여 분리시켰다. 상청액 중의 미결합 ATP에 대한 105 이하의 희석 계열을 확립하여 그의 농도를 사용된 ATP 분석 키트에 최적 농도인 약 10-8 M 까지 감소시켰다. 제로 포인트에서 반응에 적용된 ATP 농도는 총 ATP 또는 [ATPtot]이다. 배양 후 측정된 ATP 농도는 잔류 ATP 또는 [ATPrem]이다. 따라서 CphA 또는 CGP의 초기 ATP 결합 활성[ATPbin]은 하기 식 1에 따라 계산되었다.The ATP binding activity of CphA protein and CGP primer was measured as follows. 2 μg of CphA or 100 μg of CGP at 30 ° C. in 2 mM ATP 100 μL of reaction buffer A [20 mM Tris / HCl, pH 8.0, 5 mM magnesium chloride, 5 mM dithiothreitol (DTT), 10 mM KCl and 0.005% Triton X -100] in 2 mM ATP. Samples (10 μL each) were removed at 0, 1, 2, 3, 5 and 15 minutes and ATP binding assays for CGP and CphA were stopped by adding 90 μL of 5% trichloracetic acid in water without ATP, respectively. ATP bound to CGP and CphA was separated by centrifugation at 14,000 g for 20 minutes at 4 ° C. A dilution series of up to 10 5 for unbound ATP in the supernatant was established to reduce its concentration to about 10 −8 M, which is the optimal concentration for the ATP assay kit used. The ATP concentration applied to the reaction at zero point is the total ATP or [ATPtot]. The ATP concentration measured after incubation is the residual ATP or [ATPrem]. Therefore, the initial ATP binding activity [ATPbin] of CphA or CGP was calculated according to the following formula (1).

<식 1><Equation 1>

[ATPbin] = [ATPtot] [ATPrem][ATPbin] = [ATPtot] [ATPrem]

[ATPtot] 및 [ATPrem]가 상대 발광 유닛 [RLUtot] 및 [RLUrem]에 상응한다. [ATPtot] and [ATPrem] correspond to the relative light emitting units [RLUtot] and [RLUrem].

따라서 [ATPbin]은 [ΔRLU]에 상응하고, 이는 다음과 같이 계산된다.Thus [ATPbin] corresponds to [ΔRLU], which is calculated as follows.

[ΔRLU] = [RLUtot] -[RLUrem][ΔRLU] = [RLUtot]-[RLUrem]

상기 식 1에 영향을 주는 인자는 세포 용리물을 함유한 CGP 및 CphA에 미리 존재했던 초기 ATP 농도이다. [ATPini]를 측정하기 위하여, 실온에서 3.5 % TCA로 CGP 및 CphA으로부터 ATP를 추출하였다. TCA가 루시페라아제 효소 시험을 저해하기 때문에 10,000 배 이상의 희석이 필요하였다.Factors affecting Equation 1 above are the initial ATP concentrations previously present in CGP and CphA containing cell eluate. To determine [ATPini], ATP was extracted from CGP and CphA with 3.5% TCA at room temperature. Since TCA inhibited the luciferase enzyme test, more than 10,000 dilutions were needed.

실시예 7 : 시아노파이신 합성효소 활성 측정: 종래의 방사선 표지 방법을 이용한 ATP 소비 분석의 비교Example 7 Determination of Cyanopysin Synthetase Activity: Comparison of ATP Consumption Assay Using Conventional Radiolabeling Methods

시아노파이신 합성효소 활성에 대한 방사선 표지 분석을 종래 사이몬의 방법(Simon, 1976)을 변형하여(Aboulmagd et al., 2000, Hai et al. 2008) 수행하였다. LS 6500 액상 섬광 계수기(liquid scintillation counter; Beckman Instruments GmbH, Munich, Germany)에서 계수하여 L-[14C]아르기닌의 도입을 측정하였다.Radiolabeling analysis for cyanopysin synthase activity was performed by modifying the method of Simon (Simon, 1976) (Aboulmagd et al., 2000, Hai et al. 2008). The introduction of L- [ 14 C] arginine was measured by counting on an LS 6500 liquid scintillation counter (Beckman Instruments GmbH, Munich, Germany).

실시예 8 : 루시페라아제 키트를 이용한 비 방사선 표지 분석Example 8 Non-Radio Label Analysis Using Luciferase Kit

100 μg CGP, 500 μM L-아르기닌, 5 mM L-아스파르테이트, 10 mM MgCl2, 20 mM KCl, 50 mM Tris/HCl (pH 8.2), 10 mM 2-머캅토에탄올, 2-4 μg 정제 시아노파이신 합성효소(또는 40 μg CphA 함유 세포 용리물 CL-CphA)을 함유하는 반응 부피 100 μL를 적용하였다. ATP 농도가 10-8 M 내지 8.10-3 M 범위인 ATP 소비에 대한 Km을 측정하기 위한 실험 및 ATP 포화 연구를 제외하고, ATP를 최종 농도 500 μL의 ATP를 가하여 반응을 개시하였다. 30℃에서 배양한지 5 분 후, 냉 3.5% TCA 용액 900 μL를 가하여 반응을 중단시키고, 원심분리하여 CGP 산물뿐만 아니라 미반을 프라이머를 회수하고, 상기에 기술한 바와 같이 희석 공정을 수행하였다. 상청액 중 ATP 농도[ATPsup]를 상기한 바와 같이 루미노미터에서 측정하였다. 배양 동안 CphA에 의해 소비된 실제 ATP 양 [ATPcon]은 효소 활성에 상응한 것이고, 이를 하기 식 2로 계산하였다.100 μg CGP, 500 μM L-arginine, 5 mM L-aspartate, 10 mM MgCl 2 , 20 mM KCl, 50 mM Tris / HCl (pH 8.2), 10 mM 2-mercaptoethanol, 2-4 μg purified A reaction volume of 100 μL containing cyanopysin synthetase (or 40 μg CphA containing cell eluate CL-CphA) was applied. The reaction was initiated by adding ATP at a final concentration of 500 μL, except for experiments and ATP saturation studies to determine Km for ATP consumption with ATP concentrations ranging from 10 −8 M to 8.10 −3 M. After 5 minutes of incubation at 30 ° C., 900 μL of cold 3.5% TCA solution was added to stop the reaction, and centrifuged to recover primers as well as CGP products, and the dilution process was performed as described above. ATP concentration [ATPsup] in the supernatant was measured on a luminometer as described above. The actual ATP amount [ATPcon] consumed by CphA during the cultivation corresponds to the enzyme activity, which was calculated by the following equation.

<식 2><Equation 2>

[ATPcon] = [ATPtot] - [ATPsup], 유사하게 [ΔRLU] = [RLUtot] - [RLUsup][ATPcon] = [ATPtot]-[ATPsup], similarly [ΔRLU] = [RLUtot]-[RLUsup]

반응 혼합물 중 ATP의 농도가 포화(2 mM)되었기 때문에(Krehenbrink and Steinb, 2005 참조), [ATPcon]은 반응 시간의 선형 함수이다. 따라서 CphA의 부피 활성을 하기 식 3에 따라 측정하였다.Since the concentration of ATP in the reaction mixture was saturated (2 mM) (see Krehenbrink and Steinb, 2005), [ATPcon] is a linear function of the reaction time. Therefore, the volume activity of CphA was measured according to the following Equation 3.

<식 3><Equation 3>

U = [ATPac] /t (nmoles ATP . min-1). U = [ATPac] / t (nmoles ATP. Min −1 ).

이로부터, CphA의 비활성을 하기 식 4로 측정하였다.From this, the specific activity of CphA was measured by the following equation.

<식 4><Equation 4>

A (spec) = U/mg 단백질 (nmoles ATP . min-1 . mg-1 단백질)A (spec) = U / mg protein (nmoles ATP. Min -1 . Mg -1 protein)

지방족 산 보호 분석을 위하여, 아세테이트 또는 프로피오네이트 각 0.5 M을 Ni-NTA 정제 His-표지 CphANE1b 또는 CphANE1bK497A를 함유한 반응 혼합물(마이너스 ATP)에 가하고, 얼음에서 60 분 동안 배양하였다. 상기한 바와 같이, 최종 농도 2 mM의 ATP를 가하여 반응 개시하였다.For aliphatic acid protection assays, 0.5 M each of acetate or propionate was added to a reaction mixture containing N -NTA purified His-labeled CphA NE1b or CphA NE1bK497A (minus ATP) and incubated on ice for 60 minutes. As described above, the reaction was initiated by adding ATP at a final concentration of 2 mM.

실시예 9 : ATP 가수분해 활성의 저해Example 9 Inhibition of ATP Hydrolytic Activity

ATPases와 알칼리성 포스파타아제의 ATP 가수분해 활성을 방지하고, 세포 용리물에서 발생하는 리보솜 단백질 합성을 억제하기 위하여, 플루오르화 소듐(mw: 41.99; Sigma-Aldrich), Na3VO4(mw: 183.9; Sigma)을 각각 100 μM, 네오마이신. 50 μg/mL, 클로람페니콜 15 μg/mL로 이루어진 저해제 칵테일을 이용하였다. 얼음 상에서 CphA 반응 혼합물을 전배양한 지 60 분 후 선택된 저해제의 부재 또는 존재하에 ATP 가수분해를 평가하였다. 사용된 다른 모든 순정 화학물질 및 약물은 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company; St. Louis, MO)에서 구입하였다.Sodium fluoride (mw: 41.99; Sigma-Aldrich), Na 3 VO 4 (mw: 183.9) to prevent ATP hydrolytic activity of ATPases and alkaline phosphatase and to inhibit ribosomal protein synthesis in cell eluates ; Sigma) 100 μM each, neomycin. An inhibitor cocktail consisting of 50 μg / mL and chloramphenicol 15 μg / mL was used. ATP hydrolysis was assessed in the absence or presence of the selected inhibitor 60 minutes after preincubation of the CphA reaction mixture on ice. All other genuine chemicals and drugs used were purchased from Sigma-Aldrich Chemical Company (St. Louis, Mo.).

CL에서 CphA 효소에 의한 ATP 소비가 CL의 몇몇 리보솜 또는 막 입자에 존재하는 알칼리성 포스파타아제 및 ATPase와 같은 다른 ATP 가수분해 효소에 의해 간섭될 수 있다. ATPase 저해제 칵테일의 존재 또는 부재하의 ATP의 가수분해가 CphANE1b 효소의 ATP 소비율과 유사함이 밝혀졌다.ATP consumption by the CphA enzyme in the CL may be interfered by other ATP hydrolase enzymes such as alkaline phosphatase and ATPase present in some ribosomes or membrane particles of the CL. It has been found that hydrolysis of ATP with or without an ATPase inhibitor cocktail is similar to the ATP consumption rate of the CphA NE1b enzyme.

실시예 10 : CphA 활성과 관련한 생물발광 동력학의 측정Example 10 Measurement of Bioluminescence Kinetics Associated with CphA Activity

96-웰 플레이트 중 24℃에서 ATP 소비와 관련된 CphA의 동력학 상수를 수행하였다. 400 이상의 루미노미터 완화 기록(luminometer remission record)의 자동 인젝터로 각 반응의 반응 생성물 10μL를 50μL의 루시페라아제 키트(Promega)와 혼합하였다. 최고 발광 강도를 이용하여 동력학 상수 Vmax, Km을 유도하였다.Kinetic constants of CphA related to ATP consumption at 24 ° C. in 96-well plates were performed. 10 μL of reaction product of each reaction was mixed with 50 μL of luciferase kit (Promega) with an automatic injector with at least 400 luminometer remission records. The kinetic constants Vmax, Km were derived using the highest luminescence intensity.

실시예 11 : 아세테이트에 의한 CphANE1bK497A 돌연변이의 재활성화Example 11 Reactivation of CphANE1bK497A Mutation with Acetate

6 mM 아세트산 소듐(pH7.0)을 생장배지에 공급하면서 상기한 바와 같이 IPTG를 가하여 재조합 E. coli DH5α 보유 야생형 cphA NE1b 및 돌연변이 cphA NE1bK497A에 대 한 아세테이트에 의해 보호된 효소 활성을 in vivo 시험하였다. in vtro 보호 시험에 있어서, CphA 및 CphA 함유 세포 용리물을 상이한 농도의 아세트산 소듐(100 mM 이하)으로 4℃에서 60 분 동안 전배양하였다.Enzyme activity protected by acetate against recombinant E. coli DH5α bearing wild-type cphA NE1b and mutant cphA NE1bK497A was tested in vivo by adding IPTG as described above with feeding 6 mM sodium acetate (pH7.0) to the growth medium. . For the in vtro protection test, CphA and CphA containing cell eluate were precultured at 4 ° C. for 60 minutes with different concentrations of sodium acetate (100 mM or less).

상기와 같은 실시예 1 내지 11의 과정을 거쳐 다음과 같은 결과를 얻었다.Through the process of Examples 1 to 11 as described above was obtained as follows.

1. CphA 촉매화 반응에서 ATP 소비에 영향을 미치는 인자1. Factors Affecting ATP Consumption in CphA Catalysis

CphA 함유 세포 용리물 및 CGP 프라이머에서 ATP의 선호도Affinity of ATP in CphA-containing Cell Eluates and CGP Primers

CphA에 의한 실제 ATP 소비가 ATP의 선호도에 의해 모사될 수 있기 때문에, CGP 프라이머 및 CphA 용액과 같은 반응성 성분 중 CGP 프라이머의 ATP 함량을 측정하고, 표 1에 나타내었다. Since the actual ATP consumption by CphA can be simulated by the preference of ATP, the ATP content of CGP primers in reactive components such as CGP primers and CphA solutions were measured and shown in Table 1.

<표 1>TABLE 1

반응 혼합물 중 ATP 함량, 및 CGP 및 CphANE1b의 ATP 결합능 ATP content in the reaction mixture and ATP binding capacity of CGP and CphANE1b

Figure 112008078615942-pat00004
Figure 112008078615942-pat00004

상기 표 1에서 사용된 약어의 의미는 다음과 같다:The meanings of the abbreviations used in Table 1 above are as follows:

a) CL-wt, 야생형 유리 세포 용리물; CL-K497A, CphAK497A의 부위특이적 돌연변이 유래 세포 용리물; +Ac, 아세테이트 첨가a) CL-wt, wild type free cell eluate; CL-K497A, site-specific mutation derived cell eluate of CphA K497A ; + Ac, acetate added

b) 상기에서 기술한 완전 반응 혼합물로서, 필요한 경우 2 mM 농도의 ATP 첨가b) addition of ATP at a concentration of 2 mM, if necessary, as a complete reaction mixture as described above

c) 저해제 칵테일은 상기에 기술되어 있음c) Inhibitor cocktails are described above

d) 6 nM 농도의 아세테이트를 생장 배지에 가하고, 표준 반응 완충액을 이용하여 효소 활성을 측정함.d) 6 nM concentration of acetate is added to the growth medium and enzyme activity is measured using standard reaction buffer.

e) 20 mM 농도의 아세테이트를 표준 반응 완충액에 가하여 in vitro CphA 보호 실험을 행함e) In vitro CphA protection experiment was performed by adding 20 mM acetate to standard reaction buffer.

f) 개시 농도 ATP의 상대 광 유닛(RLU)은 554558임.f) The relative light unit (RLU) of the starting concentration ATP is 554558.

g) 비활성(Specific activity) : 1 유닛은 소비된 1 nmol.mg-1 prot. min-1 ATP에 상응함.g) Specific activity: 1 unit consumed 1 nmol.mg -1 prot. corresponds to min −1 ATP.

3.5 %의 TCA 말단 농도가 토양 및 생물질로부터 ATP를 추출하는데 및 단백질 및 CGP를 펠릿화시키는데 이용되어 왔다. CGP가 TCA 용액에 불용성이기 때문에(Simon, 1976), 데이터는 시아노박테리아 시세코코쿠스 속(Synechococcus sp.) 균주 MA19 및 노스톡 엘리프소스포룸(Nostoc ellipsosporum) NE1에 의해 생산된 CGP가, 시아노박테리아 cphA 유전자를 내포한 재조합 E. coli 균주로부터 정제한 생성물 보다 많은 양의 ATP를 함유한다는 사실을 지시한다. 아피라아제 처리에 의해, [ATPini]의 함량이 현저하게 감소되었다. 따라서 종래 문헌(Simon 1973, Hai et al., 1999)에서 언급된 바와 같이 CGP 산물 중 소량의 ATP 존재는 인산염 불순물에 의한 것이다. 현저하게는, CphA 효소 제제 중 ATP의 존재는 시각적으로 낮았으며, 최대 120 ng이었고, 이들의 함량은 아피라아제에 의해 영향받지 않았다(표 1 참조). 공동 추출된 ATP 농도는 알칼리성 포스파타아제, ATPase 또는 키나아제와 같은 몇몇 ATP 가수분해 시스템에 의해 감소된 것으로 여겨진다.TCA terminal concentrations of 3.5% have been used to extract ATP from soil and biomass and to pellet proteins and CGP. Since CGP is insoluble in TCA solution (Simon, 1976), the data shows that CGP produced by strain MA19 and Nostoc ellipsosporum NE1 was obtained from cyanobacterial Synechococcus sp. It indicates the fact that it contains a greater amount of ATP than the product purified from the recombinant E. coli strain containing the nobacterial cphA gene. By apiase treatment, the content of [ATPini] was significantly reduced. Thus, as mentioned in the prior art (Simon 1973, Hai et al., 1999), the presence of small amounts of ATP in the CGP product is due to phosphate impurities. Remarkably, the presence of ATP in the CphA enzyme preparation was visually low, up to 120 ng, and their content was not affected by the apyase (see Table 1). Co-extracted ATP concentrations are believed to have been reduced by some ATP hydrolysis systems such as alkaline phosphatase, ATPase or kinases.

2. CphA 함유 CL에 수반된 ATP-가수분해 활성의 증거. 2. Evidence of ATP-hydrolysis activity involving CphA containing CL.

VO4, NaF, 네오마이신의 저해 효과Inhibitory Effects of VO4, NaF and Neomycin

E. coli 균주가 80 kDA 내지 89 kDA로 다양한 분자량을 갖는 이량체 알칼리성 포스파타아제를 함유하고[Taylor & Coleman (1972), Lazdunski and Lazdunski (1969). 89,000 Anderson et al. (1975)], CphA 효소와 유사하게 pH 8.0에서 최적을 나타내기 때문에(Garen and Levinthal 1960), CL 중 그의 활성은 세포막 입자의 ATPase 활성과 더불어 CphA 반응에 의한 ATP-소비를 방해하지 않았다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 20 μM농도의 네오마이신은 개 신장 소듐 포타슘 ATPase의 전체 비활성화(Lipsky, J. J. & P. S. Lietman, 1980) 및 에스케치리아 콜리(Escherichia coli) Escherichia coli 70S 및 30S 입자의 리보솜 ATPase 활성을 나타내었다(Ganoza & Kiel, 2001) E. coli strains contain dimeric alkaline phosphatase with varying molecular weights from 80 kDA to 89 kDA [Taylor & Coleman (1972), Lazdunski and Lazdunski (1969). 89,000 Anderson et al . (1975), because it is optimal at pH 8.0 similarly to the CphA enzyme (Garen and Levinthal 1960), its activity in CL, along with ATPase activity of cell membrane particles, did not interfere with ATP-consuming by the CphA reaction. 3, the neomycin of a 20 μM concentration is more renal sodium potassium ATPase Full disabled (Lipsky, JJ & PS Lietman, 1980) , and sketch Ria coli (Escherichia coli) Escherichia coli 70S and the 30S particle ribosome ATPase in Activity (Ganoza & Kiel, 2001)

3. ATP 결합 활성 및 ATP 포화 연구3. ATP Binding Activity and ATP Saturation Studies

CphA에 대한 방사선 표지 분석 보다 ATP 소비 분석의 이점. Advantages of ATP consumption analysis over radiolabeling for CphA.

ATP의 중요한 동력학적 파라미터 KmImportant Kinetic Parameters of ATP Km

CphA 활성을 측정하기 위한 ATP 소비 방법은, 종래의 방사선 표지 방법(Simon, 1976)으로 통상적으로 얻어지는 편차와 비교하여 ±5%의 표준 편차로서 고도로 재현가능하였다. The ATP consumption method for measuring CphA activity was highly reproducible with a standard deviation of ± 5% compared to the deviation typically obtained with conventional radiolabeling methods (Simon, 1976).

<표 2>TABLE 2

시아노파이신 합성효소의 역가측정 비교Comparison of Titer Measurements of Cyanopysin Synthetase

효소enzyme 역가a)
(기존의 방사선법)
Titer a)
(Existing radiation method)
역가b)
(본 발명에 의한 방법)
Titer b)
(Method according to the present invention)
CphA (세포추출물)CphA (Cell Extract) 1.5 ± 0.5 1.5 ± 0.5 4.5 ± 0.2  4.5 ± 0.2 CphAK497A(변이단백질, 세포추출물)CphA K497A (mutant protein, cell extract) 0.2 ± 0.1  0.2 ± 0.1 0.0 ± 0.0  0.0 ± 0.0 His-tagged CphA (정제 단백질)His-tagged CphA (tablet protein) 18.0 ± 1.0 18.0 ± 1.0 33.0 ± 0.5 33.0 ± 0.5 His-tagged CphAK497A (변이단백질,정제 단백질)His-tagged CphA K497A (mutant protein, tablet protein) 0.1 ± 0.1  0.1 ± 0.1 0.0 ± 0.0  0.0 ± 0.0

a) 역가: 1분에 1mg의 단백질이 1 nmol의 탄소14 라벨된 아르기닌을 중합하는 활성a) Titer: 1 mg of protein per minute polymerizes 1 nmol of carbon 14 labeled arginine

b) 역가: 1분에 1mg의 단백질이 1 nmol의 ATP를 이용하는 활성b) Titer: Activity with 1 mg of protein using 1 nmol of ATP per minute

3번 반복실험3 replicates

4. K497A 돌연변이화에 야기된 CphA의 ATP 결합능의 불활성화.4. Inactivation of Aph binding capacity of CphA caused by K497A mutation.

아세테이트에 의한 in vitro 및 in vivo 효소 재활성화Reactivation of enzymes in vitro and in vivo with acetate

in vivo 연구 결과는 도 2의 A(축적 CGP), B 및 C (효소 정제)에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, (A) 배양 시간(분)의 함수로서, log10(RLU)에서 His-표지 정제된 시아노파이신 합성효소 CphANE1b의 ATP 소비량을 나타낸 그래프이며, (B) CphANE1b의 ATP 포화 곡선을 나타낸 그래프이며, (C) 1/V와 1/[ATP] 사이의 관계를 도시한 라인위버-버크 그래프를 통해 [ATP](Km ATP)에 대한 미카엘리스 상수 측정을 나타낸 그래프이다.In vivo study results are shown in Figure 2 A (accumulation CGP), B and C (enzyme purification). As shown in FIG. 2, (A) is a graph showing the ATP consumption of His-labeled purified cyanopysin synthase CphANE1b at log 10 (RLU) as a function of incubation time (min), (B) ATP of CphANE1b This is a graph showing the saturation curve, (C) is a graph showing the Michaelis constant measurement for [ATP] (Km ATP) through the Lineweaver-Burk graph showing the relationship between 1 / V and 1 / [ATP].

도 2에 나타낸 바와 같이, 농도가 0.1 μM 내지 8.103 μM로 다양한 ATP를 함유한 반응 혼합물중에서 2 μg 정제된 효소의 5 분 배양 전 및 후의 차이에 의해 CphANE1b의 활성을 측정하였다. 과량의 L-아르기닌, L-아스파르트산 및 CGP 프라 이머를 함유한 반응 완충액에서, [ATP]의 Km은 241 이었다.As shown in FIG. 2, the activity of CphANE1b was measured by the difference before and after 5 min incubation of 2 μg purified enzyme in a reaction mixture containing various ATPs at concentrations from 0.1 μM to 8.10 3 μM. In reaction buffer containing excess L-arginine, L-aspartic acid and CGP primer, the Km of [ATP] was 241.

도 3에 나타낸 바와 같이, 종래 연구(Hai et al. 2008a)에서 얻어진 야생형 효소 His-표지 CphANE1b와 비교하여 His-표지 CphANE1bK497A의 발현 및 용리 프로파일을 나타내었고(A), 정제된 부위특이적 돌연변이 및 야생형 CphANE1b 효소의 발현 수준을 제공하기 위한 웨스턴 혼성 연구 결과를 나타내었다(B).As shown in FIG. 3, the expression and elution profile of His-labeled CphANE1bK497A was shown in comparison to the wild type enzyme His-labeled CphANE1b obtained in the previous study (Hai et al. 2008a), and the purified site-specific mutation and The results of western hybrid studies to provide expression levels of wild type CphANE1b enzyme are shown (B).

도 4에 나타낸 바와 같이, CphANE1bK497A을 얻기 위한 알라닌 치환에 의한 Lys-497의 부위특이적 돌연변이화를 통한 아세틸 인산화 단계의 불활성화가 배양 배지에 6 mM 아세테이트를 가함으로써 in vivo에서 보호되거나, 또는 반응 혼합물에 100 mM 이하의 아세트산 소듐을 가함으로써 in vitro에서 보호되었다. 보다 높은 농도의 아세테이트 또는 프로피오네이트(0.5 M 이하)가 야생형 및 돌연변이 CphANE1b의 활성을 저해하였다.As shown in FIG. 4, inactivation of the acetyl phosphorylation step via site-specific mutation of Lys-497 by alanine substitution to obtain CphANE1bK497A is protected in vivo by adding 6 mM acetate to the culture medium, or reaction The mixture was protected in vitro by adding up to 100 mM sodium acetate. Higher concentrations of acetate or propionate (up to 0.5 M) inhibited the activity of wild type and mutant CphANE1b.

도 1은 시아노파이신 합성 과정을 나타낸 도이다. 1 is a diagram illustrating a cyanopysin synthesis process.

도 2는 (A) 배양 시간(분)의 함수로서, log10(RLU)에서 His-tagg 정제된 시아노파이신 합성효소 CphANE1b의 ATP 소비량을 나타낸 그래프이며, (B) CphANE1b의 ATP 포화 곡선을 나타낸 그래프이며, (C) 1/V와 1/[ATP] 사이의 관계를 도시한 라인위버-버크 그래프를 통해 [ATP](Km ATP)에 대한 미카엘리스 상수 측정을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing (A) ATP consumption of His-tagg purified cyanopysin synthase CphANE1b at log 10 (RLU) as a function of incubation time (min), and (B) ATP saturation curve of CphANE1b. (C) A graph showing the Michaelis constant measurement for [ATP] (Km ATP) through a LineWeaver-Burk graph showing the relationship between 1 / V and 1 / [ATP].

도 3은 Ni-NTA 친화도 크로마토그래피를 이용한 돌연변이화된 His-tagg CphaNE1bK497A 정제 결과를 나타낸 도이다.Figure 3 is a diagram showing the results of mutated His-tagg CphaNE1bK497A purification using Ni-NTA affinity chromatography.

도 4는 돌연변이 CphANE1bK497A의 활성이가 아세테이트에 의해 in vivo 및 in vitro에서 보호된 결과를 나타낸 도이다.4 is a diagram showing a result of the mutation the activity CphANE1bK497A by the acetate protection in in vivo and in vitro.

Claims (2)

시아노파이신 합성효소(CphA)의 반응에서 에너지원으로 사용되는 ATP의 감소량을 측정하여 중합반응에 의한 시아노파이신 합성정도를 예측하고, 그로부터 상기 효소의 역가를 계산하는 것을 포함하는 시아노파이신 합성효소의 역가 측정 방법에 있어서,Cyanopysin synthesis comprising measuring the amount of ATP used as an energy source in the reaction of cyanopysin synthetase (CphA) to predict the degree of cyanopycin synthesis by the polymerization reaction, and calculating the titer of the enzyme therefrom. In the method for measuring the titer of an enzyme, 상기 시아노파이신 합성효소로서 His-tagged CphA 정제 단백질을 사용하는 것을 특징으로 하는 시아노파이신 합성효소의 역가 측정 방법.A method for measuring the titer of cyanopysin synthase, characterized by using His-tagged CphA purified protein as the cyanopysin synthase. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Appl. Environ. Microbiol., Vol. 67, No. 5, pp2176-2182(2001.05.)
Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol. 81, No. 1, pp69-78(2008.08.05.)

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