Psychrophiles have evolved to produce cold-adapted enzymes to enable survival in low-temperature environments. In this study, the cold adaptation of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CpsEPSPS) from Colwellia psychrerythraea, a model psychrophile, was analyzed. The optimum temperature for the activity of CpsEPSPS was found to be 25℃, with 35% activity remaining at 5℃. However, the unfolding temperature of CpsEPSPS was 54℃. This phenomenon is frequently observed in cold-active enzymes. As is the cases for most cold-active enzymes, the Km values of CpsEPSPS for its substrates were higher than those of Escherichia coli EPSPS. These results indicate that CpsEPSPS is cold-adapted, but not perfectly.
Glyphosate inhibits the target enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) in the shikimate pathway. A mutant of EPSPS from Pantoea sp. was identified using site-directed mutagenesis. The mutant showed significantly improved glyphosate resistance. The mutant had mutations in three amino acids: Gly97 to Ala, Thr 98 to Ile, and Pro 102 to Ser. These mutation sites in Escherichia coli have been studied as significant active sites of glyphosate resistance. However, in our research, they were found to jointly contribute to the improvement of glyphosate tolerance. In addition, the level of glyphosate tolerance in transgenic Arabidopsis confirmed the potentiality of the mutant in breeding glyphosate-resistant plants.
5-Enolpyruvylshikimate 3-phosphate(EPSP) synthase는 방향족 아미노산을 생합성하는 shikimate phathway의 6번째 효소로 광범위 제초제인 glyphosate의 target enzyme이다. 본 연구에서는, glyphosate에 저해를 받지 않는 EPSP synthase를 개발하고자 하는 연구의 한 단계로서, 우선, EPSP synthase를 대량 발현시킬수 있는 expression vector인 pET-25b를 사용하여 발현시킨 다음, 발현된 효소가 periplasmic space로 transport되는지 또 발현된 단백질이 효소 활성을 가지고 있는지 확인하고자 하였다. 그 결과, pelB leader를 앞에 붙여 발현시킨 EPSP synthase는 periplasmic space로 제대로 transport되며, 단백질 생산 및 periplasmic space로의 수송은 induction 온도에 의해 크게 좌우된다는 것을 관찰하였다. Periplasmic space로 수송되는 EPSP synthase의 양은 $34^{\circ}C$에서 induction시켰을 때 가장 많은 것으로 나타났다. 한편, pET-25b를 이용하여 발현시킨 EPSP synthase는 C-terminal 부위에 HSV-tag, His-tag등 26개 아미노산이 더 있는 상태로 만들어지는데, His-tag은 $Ni^{2+}$-affinity chromatography를 통한 정제에, HSV-tag은 Western blotting을 통한 detection에 각각 이용할 수 있다. 또한, 이와 같이 발현된 recombinant EPSP synthase는 phosphocellulose resin에 결합하였다가 기질인 shikimate 3-phosphate와 phosphoenolpyruvate에 의해 elution되며, glyphosate에 의해 저해되는등 wildtype효소와 같은 효소 특성을 보였다.
5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase catalyzes the formation of EPSP and inorganic phosphate from shikimate-3-phosphate (S3P) and phosphoenolpyruvate (PEP) in the biosynthesis of aromatic amino acids. To delineate the domain-specific function, we successfully isolated the discontinuous C-terminal domain (residues 1-21, linkers, 240-427) of EPSP synthase (427 residues) by site-directed mutagenesis. The engineered C-terminal domains containing no linker (CTD), or with gly-gly ($CTD^{GG}$) and gly-ser-ser-gly ($CTD^{GSSG}$) linkers were purified and characterized as having distinct native-like secondary and tertiary structures. However, isothermal titration calorimetry (ITC), $^{15}N-HSQC$,\;and\;^{31}P-NMR$ revealed that neither its substrate nor inhibitor binds the isolated domain. The isolated domain maintained structural integrity, but did not function as the half of the full-length protein.
KIM YEON-HEE;CHOI SEUNG JUN;LEE HYUN-AH;MOON TAE WHA
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권1호
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pp.25-31
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2006
Changes of CP4 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CP4 EPSPS) in the glyphosate-tolerant Roundup Ready soybean were examined using purified CP4 EPSPS produced in cloned Escherichia coli as a control. CP4 EPSPS in genetically modified soybean was detected by twodimensional gel electrophoresis (2-DE) and identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) and electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS) with databases. CP4 EPSPS in soybean products was resolved on 2-DE by first isoelectric focusing (IEF) based on its characteristic pI of 5.1, followed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) based on its molecular mass of 47.5 kDa. We quantified various percentages of soybean CP4 EPSPS. The quantitative analysis was performed using a 2D software program on artificial gels with spots varying in Gaussian volumes. These results suggested that 2-DE image analysis could be used for quantitative detection of GM soybean, unlike Western blotting.
Kim, Hak-Jun;Shin, Hee-Jae;Kim, Hyun-Woo;Kang, Sung-Ho;Kim, Young-Tae
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제28권12호
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pp.2303-2309
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2007
Expressed protein ligation (EPL) technique, joining recombinantly expressed proteins to polypeptides, has been widely adopted for addressing various biological questions and for drug discovery. However, joining two recombinant proteins together is sometimes difficult when proteins are expressed insoluble and unrefoldable, because ligation-active proteins via intein-fusion are obtainable when they are folded correctly. We overcame this limitation coexpressing target protein with additional methionine aminopeptidase (MAP) which enhances removal of the initiation methionine of recombinantly expressed protein. Our approach demonstrated that two domains of 46 kDa 5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase, a target of herbicide glyphosate, were successfully joined by native chemical ligation, although its C-terminal domain was expressed as an inclusion body. The intein-fused N-terminal fragment of EPSP synthase (EPSPSN, residues 1-237) was expressed and the ligation-active thioester tagged N-terminal fragment (EPSPSN-thioester) was purified using a chitin affinity chromatography and mercapto-ethanesulphonate (MESNA) as intein thiolysis reagent. Its Cterminal fragment (EPSPSC, residues Met237-238CYS-427), expressed as an inclusion body, was prepared from an additional MAP-expressing strain. Protein ligation was initiated by mixing ~1 mM of EPSPSN-thioester with ~2 mM of EPSPSCCYS (residues 238CYS-427). Also we found that addition of 2% thiophenol increased the ligation efficiency via thiol exchange. The ligation efficiency was ~85%. The ligated full-length EPSP synthase was dissolved in 6 M GdHCl and refolded. Circular dichroism (CD) and enzyme activity assay of the purified protein showed that the ligated enzyme has distinct secondary structure and ~115% specific activity compared to those of wild-type EPSP synthase. This work demonstrates rare example of EPL between two recombinantly expressed proteins and also provides hands-on protein engineering protocol for large proteins.
Yi, Yi;Qiao, Dairong;Bai, Linhan;Xu, Hui;Li, Ya;Wang, Xiaolin;Cao, Yi
Journal of Microbiology
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제45권2호
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pp.153-157
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2007
5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSP synthase, EC 2.5.1.19) is the sixth enzyme in the shikimate pathway which is essential for the synthesis of aromatic amino acids and many secondary metabolites. The enzyme is widely involved in glyphosate tolerant transgenic plants because it is the primary target of the nonselective herbicide glyphosate. In this study, the Dunaliella salina EPSP synthase gene was cloned by RT-PCR approach. It contains an open reading frame encoding a protein of 514 amino acids with a calculated molecular weight of 54.6 KDa. The derived amino acid sequence showed high homology with other EPSP synthases. The Dunaliella salina EPSP synthase gene was expressed in Escherichia coli and the recombinant EPSP synthase were identified by functional complementation assay.
Cruz-Flores, Yendi Arely;Rodriguez-Herrera, Raul;Aguilar-Gonzalez, Cristobal Noe;Contreras-Esquivel, Juan Carlos;Reyes-Vega, Maria de la Luz
Food Science and Biotechnology
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제17권5호
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pp.1092-1096
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2008
Commercial food products from major cities of Coahuila, Mexico were screened to identify residues of transgenic deoxyribonucleic acid (DNA) and/or proteins. After performed, an inventory on all products that contained a soybean-based ingredient in a commercial grocery store in the city of Saltillo, Coahuila, Mexico, 245 food products were identified and grouped in 15 classes according to the soybean ingredient as well as the manufacturing process used for their elaboration. Similar sampling was made for the different food classes in the cities of Monclova, Piedras Negras, and Torreon. A total of 88 samples were analyzed and DNA was extracted by the hexadecyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) technique with slight modification to obtain better DNA quality (1). In addition, segments of the transgenic genes one that codifies for 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (epsps), cry 1A, and the cauliflower mosaic virus (CaMV) promoter were amplified using polymerase chain reaction (PCR). The transgenic proteins 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CP4 EPSPS) and insecticidal crystal protein (Cry 1Ab/Ac) were identified using double antibody sandwich-enzymatic linked immunoassay analysis (DAS-ELISA). Presence of transgenic genes and/or proteins was identified in 35.3% of the commercial products samples.
Multiple sequence alignments showed that the prolines at the 25th, 129th, 153rd, 242nd, 322nd, and 434th amino acids in 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) from Agrobacterium sp. strain CP4 are strongly conserved in various prokaryotic EPSPS proteins. Single point mutations of the conserved prolines to alanine (P25A, P153A, P242A, P322A, and P434A) were introduced in the CP4 EPSPS in order to investigate the importance of the conserved prolines for the enzyme properties. The point mutations caused decreases in substrate binding affinity and catalytic efficiency as well as the glyphosate resistance, in general. Especially, the 25th and 242nd prolines located in the polypeptide hinges connecting top and bottom domains of CP4 EPSPS as well as the 434th proline at the C-terminus of the enzyme turned out to be crucial for the enzyme activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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