The current model for the mechanism of action of the Bacillus thuringiensis Cry $\delta$-endotoxins involves the penetration of the ${\alpha}4-{\alpha}5$ hairpin into the target midgut epithelial cell membranes, followed by pore formation. In this study, PCR-based mutagenesis was employed to identify a critical residue within the ${\alpha}4-{\alpha}5$ loop of the 130-kDa Cry4A mosquito-larvicidal protein. Alanine-substitutions of two charged (Asp-198 and Asp-200) and four polar (Asn-190, Asn-195, Tyr-201 and Tyr-202) residues in the ${\alpha}4-{\alpha}5$ loop were performed. Like the wild-type, all of the mutant toxins were over-expressed as inclusion bodies in Escherichia coli. When E. coli cells expressing each mutant toxin were bioassayed against Aedes aegypti larvae, larvicidal activity was completely abolished for the substitution of only Tyr-202, while replacements at the other positions still retained a high level of toxicity. Further replacement of Tyr-202 with an aromatic side chain, phenylalanine, did not affect the toxicity. These results revealed a crucial role in toxin activity for the conserved aromatic residue at the 202 position within the ${\alpha}4-{\alpha}5$ loop of the Cry4A toxin.
Helices 4 and 5 of the Bacillus thuringiensis Cry4Ba $\delta$-endotoxin have been shown to be important determinants for mosquito-larvicidal activity, likely being involved in membrane-pore formation. In this study, the Cry4Ba mutant protein containing an additional engineered tryptic cleavage site was used to produce the $\alpha4$-$\alpha5$ hairpin peptide by an efficient alternative strategy. Upon solubilization of toxin inclusions expressed in Escherichia coli and subsequent digestion with trypsin, the 130-kDa mutant protoxin was processed to protease-resistant fragments of ca. 47, 10 and 7 kDa. The 7-kDa fragment was identified as the $\alpha4$-loop-$\alpha5$ hairpin via N-terminal sequencing and mass spectrometry, and was successfully purified by size-exclusion FPLC and reversed-phase HPLC. Using circular dichroism spectroscopy, the 7-kDa peptide was found to exist predominantly as an $\alpha$-helical structure. Membrane perturbation studies by using fluorimetric calcein-release assays revealed that the 7-kDa helical hairpin is highly active against unilamellar liposomes compared with the 65-kDa activated full-length toxin. These results directly support the role of the $\alpha4$-loop-$\alpha5$ hairpin in membrane perturbation and pore formation of the full-length Cry4Ba toxin.
Park, Sun-Ha;Kwon, Sunghark;Lee, Chang Woo;Kim, Chang Min;Jeong, Chang Sook;Kim, Kyung-Jin;Hong, Jong Wook;Kim, Hak Jun;Park, Hyun Ho;Lee, Jun Hyuck
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.2
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pp.244-255
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2019
Xylose isomerase (XI; E.C. 5.3.1.5) catalyzes the isomerization of xylose to xylulose, which can be used to produce bioethanol through fermentation. Therefore, XI has recently gained attention as a key catalyst in the bioenergy industry. Here, we identified, purified, and characterized a XI (PbXI) from the psychrophilic soil microorganism, Paenibacillus sp. R4. Surprisingly, activity assay results showed that PbXI is not a cold-active enzyme, but displays optimal activity at $60^{\circ}C$. We solved the crystal structure of PbXI at $1.94-{\AA}$ resolution to investigate the origin of its thermostability. The PbXI structure shows a $({\beta}/{\alpha})_8$-barrel fold with tight tetrameric interactions and it has three divalent metal ions (CaI, CaII, and CaIII). Two metal ions (CaI and CaII) located in the active site are known to be involved in the enzymatic reaction. The third metal ion (CaIII), located near the ${\beta}4-{\alpha}6$ loop region, was newly identified and is thought to be important for the stability of PbXI. Compared with previously determined thermostable and mesophilic XI structures, the ${\beta}1-{\alpha}2$ loop structures near the substrate binding pocket of PbXI were remarkably different. Site-directed mutagenesis studies suggested that the flexible ${\beta}1-{\alpha}2$ loop region is essential for PbXI activity. Our findings provide valuable insights that can be applied in protein engineering to generate low-temperature purpose-specific XI enzymes.
Leukotriene B4 (LTB4) is a potent chemoattractant for leukocytes and considered to be an inflammatory mediator. Human BLT2 (hBLT2) is a low-affinity G-protein coupled receptor for LTB4 and mediates pertussis toxin-sensitive chemotactic cell movement. Here, we dissected the interaction between hBLT2 and G-protein alpha subunits using GST fusion proteins containing intracellular regions of hBLT2 and various Gα protein including Gα i1, Gα i2, Gα i3, Gα s1, Gα o1, and Gα z. Among the tested Gα subunits, Gα i3 showed the highest binding to the third intracellular loop region of hBLT2 with a dissociation constant (KD) of 5.0 × 10?6 M. These results suggest that Gα i3 has the highest affinity to hBLT2, and the third intracellular loop region of hBLT2 is the major component for the interaction with Gα i3.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.33-38
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1996
국내 WH형 가압경수로에서 V-5H 연료와 함께 사용되고 있는 분리형 가연성흡수봉인 WABA와 V-5H 연료의 5대 장점중 하나로 국외에서 널리 사용중인 일체형 가연성흡수봉인 IFBA에 대한 비교 평가를 수행하였다. WH형 3-Loop 원전을 대표한 영광 2호기를 대상으로 하여 4.2 w/o 농축도의 신연료 60개 장전을 가정하여 WABA 사용 노심, IFBA 사용 노심, WABA+IFBA 혼합사용 노심에 대한 최적 평형노심 장전모형을 선정하고 각각에 대한 노심특성 및 경제성을 평가하였다. 장전모형 선정 및 노심특성 분석에는 한전이 보유하고 있는 WH사의 APA (ALPHA/ PHOENIX-P/ANC) 7.8.0 코드체계를 사용하였으며 경제성 평가에는 POCO 코드를 사용하였다.
Background: Transforming growth factor- alpha(TGF-$\alpha$) may play important roles in carcinogenesis, tumor growth, and angiogenesis. Transforming growth factor-beta(TGF-$\beta$) are known to be involved in cell-cycle control and regeneration. TGF-$\alpha$ positively acts on growth control of many epithelial cells in contrast to the negative role of TGF-$\beta$. Method: To evaluate the possible role of TGF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ in human primary lung cancers, the expression of TGF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ were immmunohistochemically investigated in tissue sections from forty seven cases with lung cancers and ten cases with non-cancerous lung tissues. Recombinant cloned monoclonal antibody of TGF-$\alpha$ and neutralizing antibody of TGF-$\beta$ were employed as primary antibodies after dewaxing the formalin-fixed, paraffinized tissue sections. Results: TGF-$\alpha$ was expressed in the cytoplasms of tumor cells in thirty five cases of forty seven(74.5%) primary lung cancers, whereas the control expressed in two of ten brochial epithelial cells. The expression of TGF-$\alpha$ was disclosed in four cases of eleven(36.4 %) small cell carcinomas and thirty one cases of thirty six(86.1%) non-small cell carcinomas of the lung. Expressions of TGF-$\beta$ was discernible in bronchial epithelium in eight of ten non-cancerous lung tissues. The expression of TGF-$\beta$ was noted in the cytoplasms of tumor cells in eight cases of forty seven(17.0%) primary lung cancers. The expression of TGF-$\beta$ disclosed in two cases of eleven(18.2%) small cell carcinomas and six cases of thirty six(16.7%) non- small cell carcinomas of the lung. Conclusion: These findings suggest that up-regulation of TGF-$\alpha$ and down-regulation of TGF-$\beta$ are involved during development and growth of primary lung cancers.
To investigate the effect of the third intracellular loop (i3 loop) peptide of human $\beta$$_2$-adrenergic receptor on receptor agonist binding, we expressed third intracellular loop region of human $\beta$$_2$-adrenergic receptor as glutathione S-transferase fusion protein in E. coli. DNA fragment of the receptor gene which encodes amino acid 221-274 of human $\beta$$_2$-adrenergic receptor was amplified by polymerase chain reaction and subcloned into the bacterial fusion protein expression vector pGEX-CS and expressed as a form of glutathione-S-transferase (GST) fusion protein in E. coli DH5$\alpha$. The receptor fusion protein was identified by SDS-PAGE and Western blot using monoclonal anti-GST antibody. The fusion protein expressed in this study was purified to an apparent homogeneity by glutathione Sepharose CL-4B affinity chromatography. The purified i3 loop fusion proteins at a concentration of 10 $\mu\textrm{g}$/ι caused right shift of the isoproterenol competition curve of [$^3$H]Dihydroalprenolol binding to hamster lung $\beta$$_2$-adrenergic receptor indicating lowered affinity of isoproterenol to $\beta$$_2$-adrenergic receptor possibly due to the uncoupling of receptor and G protein in the presence of the fusion protein. The uncoupling of receptor and G protein suggests that i3 loop region plays a critical role on $\beta$$_2$-adrenergic receptor G protein coupling.
A membrane bioreactor (MBR) was used to investigate the aerobic degradation of foam active substance - non-ionic surfactant, APG 2000 UP. The surface aeration using the propeller loop reactor (PLR) guaranteed sufficient $O_2$ for substrate removal and bacteria growth and avoided foam development. Moreover, the cross-flow membrane filtration enabled the separation of the bacteria still loaded with surfactant in the collecting container. The biological degradation of the surfactant with varying hydraulic retention time (HRT) and influent concentration $c_{S0}$ showed high substrate removal of nearly 95% at high volumetric loading rates up to $7.4\;kgCOD\;m^{-3}d^{-1}$ and at sludge loading rates up to 1.8 kgCOD $(kgVSS\;d)^{-1}$ for biomass concentration $c_B\;{\approx}\;constant $. The increasing $c_B$ from 3.4 to $14.5\;gL^{-1}$ TSS respectively sludge retention time (SRT) from 5.1 to 442 d under complete biomass retention by the membrane filtration resulted in high removal of substrate ${\alpha}\;>\;90%$ with reducing excess sludge production.
Three-dimensional (3D) models for the 65-kDa activated Cry4A and Cry4B $\delta$-endotoxins from Bacillus thuringiensis subsp. israelensis that are specifically toxic to mosquito-larvae were constructed by homology modeling, based on atomic coordinates of the Cry1Aa and Cry3Aa crystal structures. They were structurally similar to the known structures, both derived 3D models displayed a three-domain organization: the N-terminal domain (I) is a seven-helix bundle, while the middle and C-terminal domains are primarily comprise of anti-parallel $\beta$-sheets. Circular dichroism spectroscopy confirmed the secondary structural contents of the two homology-based Cry4 structures. A structural analysis of both Cry4 models revealed the following: (a) Residues Arg-235 and Arg-203 are located in the interhelical 5/6 loop within the domain I of Cry4A and Cry4B, respectively. Both are solvent exposed. This suggests that they are susceptible to tryptic cleavage. (b) The unique disulphide bond, together with a proline-rich region within the long loop connecting ${\alpha}4$ and ${\alpha}5$ of Cry4A, were identified. This implies their functional significance for membrane insertion. (c) Significant structural differences between both models were found within domain II that may reflect their different activity spectra. Structural insights from this molecular modeling study would therefore increase our understanding of the mechanic aspects of these two closely related mosquito-larvicidal proteins.
The novel $\alpha$-amylase purified from locally isolated strain, Bacillus sp. KR-8104, (KRA) (Enzyme Microb Technol; 2005; 36: 666-671) is active in a wide range of pH. The enzyme maximum activity is at pH 4.0 and it retains 90% of activity at pH 3.5. The irreversible thermoinactivation patterns of KRA and the enzyme activity are not changed in the presence and absence of $Ca^{2+}$ and EDTA. Therefore, KRA acts as a $Ca^{2+}$-independent enzyme. Based on circular dichroism (CD) data from thermal unfolding of the enzyme recorded at 222 nm, addition of $Ca^{2+}$ and EDTA similar to its irreversible thermoinactivation, does not influence the thermal denaturation of the enzyme and its Tm. The amino acid sequence of KRA was obtained from the nucleotide sequencing of PCR products of encoding gene. The deduced amino acid sequence of the enzyme revealed a very high sequence homology to Bacillus amyloliquefaciens (BAA) (85% identity, 90% similarity) and Bacillus licheniformis $\alpha$-amylases (BLA) (81% identity, 88% similarity). To elucidate and understand these characteristics of the $\alpha$-amylase, a model of 3D structure of KRA was constructed using the crystal structure of the mutant of BLA as the platform and refined with a molecular dynamics (MD) simulation program. Interestingly enough, there is only one amino acid substitution for KRA in comparison with BLA and BAA in the region involved in the calcium-binding sites. On the other hand, there are many amino acid differences between BLA and KRA at the interface of A and B domains and around the metal triad and active site area. These alterations could have a role in stabilizing the native structure of the loop in the active site cleft and maintenance and stabilization of the putative metal triad-binding site. The amino acid differences at the active site cleft and around the catalytic residues might affect their pKa values and consequently shift its pH profile. In addition, the intrinsic fluorescence intensity of the enzyme at 350 nm does not show considerable change at pH 3.5-7.0.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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