We have explored the importance of two ATP binding domains of Hsp104 protein in protection of yeast cells from cadmium exposure. In the previous study we have discovered that the presence of two ATP binding sites was essential in providing heat sh ock protection as well as rescuing cells from oxidative stress. In this paper we first report wild type cell with functional hsp104 gene is more resistant to cadmium stress than hsp104-deleted mutant cell, judging from decrease in survival rates as a result of cadmium exposure. In order to demonstrate functional role of two ATP binding sites in cadmium defense, we have transformed both wild type (SP1) and hyperactivated ras mutant (IR2.5) strains with several plasmids differing in the presence of ATP binding sites. When an extra copy of functional hsp104 gene with both ATP binding sites was overexpressed with GPD-promoter, cells showed increased survival rate against cadmium stress than mutants with ATP binding sites changed. The degree of protection in the presence of two ATP binding sites was similarly observed in ira2-deleted hyperactivated ras mutant, which was more sensitive to oxidative stress than wild type cell. We have concluded that the greater sensitivity to cadmium stress in the absence of two ATP binding sites is attributed to the higher concentration of reactive oxygen species (ROS) produced by cadmium exposure based on the fluorescence tests. These findings, taken all together, imply that the mechanism by which cadmium put forth toxic effects may be closely associated with the oxidative stress, which is regulated independently of the Ras-cAMP pathway. Our study provides a better understanding of cadmium defense itself and cross-talks between oxidative stress and metal stress, which can be applied to control human diseases due to similar toxic environments.
Escherichia coli transcription termination factor Rho catalyzes the unwinding of RNA/DNA duplex in reactions that are coupled to ATP binding and hydrolysis. Fluorescence stopped-flow methods using ATP and the fluorescent 2'(3')-O-( N-methylanthraniloyl) derivatives (mant-derivatives) of ATP and ADP were used to probe the kinetics of nucleotide binding to and dissociation from the Rho-RNA complex. Presteady state nucleotide binding kinetics provides evidence for the presence of negative cooperativity in nucleotide binding among the multiple nucleotide binding sites on Rho hexamer. The binding of the first nucleotide to the Rho-RNA complex occurs at a bimolecular rate of 3.6${\times}$10$\^$6/ M$\^$-1/ sec$\^$-1/ whereas the second nucleotide binds at a slower rate of 4.7${\times}$10$\^$5/ M$\^$-1/ sec$\^$-1/ at 18$^{\circ}C$, RNA complexed with Rho affects the kinetics of nucleotide interaction with the active sites through conformational changes to the Rho hexamer, allowing the incoming nucleotide to be more accessible to the sites. Adenine nucleotide binding and dissociation is more favorable when RNA is bound to Rho, whereas ATP binding and dissociation step in the absence of RNA occurs significantly slower, at a rate ∼70- and ∼40-fold slower than those observed with the Rho-RNA complex, respectively.
SecA protein, a cytoplasmic ATPase, plays a central role in the secretion of signal peptide-containing proteins. Here, we examined effects of signal peptide and ATP on the oligomerization, conformational change, and membrane binding of SecA. The wild-type (WT) signal peptide from the ribose-binding protein inhibited ATP binding to soluble SecA and stimulated release of ATP already bound to the protein. The signal peptide enhanced the oligomerization of soluble SecA, while ATP induced dissociation of SecA oligomer. Analysis of SecA unfolding with urea or heat revealed that the WT signal peptide induces an open conformation of soluble SecA, while ATP increased the compactness of SecA. We further obtained evidences that the signal peptide-induced oligomerization and the formation of open structure enhance the membrane binding of SecA, whereas ATP inhibits the interaction of soluble SecA with membranes. On the other hand, the complex of membrane-bound SecA and signal peptide was shown to resume nucleotide-binding activity. From these results, we propose that the translocation components affect the degree of oligomerization of soluble SecA, thereby modulating the membrane binding of SecA in early translocation pathway. A possible sequential interaction of SecA with signal peptide, ATP, and cytoplasmic membrane is discussed.
Escherichia coli transcription termination factor Rho catalyzes the unwinding of RNA/DNA duplex in reactions that are coupled to ATP binding and hydrolysis. We report here the kinetic mechanism of presteady state ATP binding and hydrolysis by the Rho-RNA complex. Presteady state chemical quenched-flow technique under multiple turnover condition was used to probe the kinetics of ATP binding and hydrolysis by the Rho-RNA complex. The quenched-flow presteady state kinetics of ATP hydrolysis studies show that three ATPs are bound to the Rho-RNA complex with a rate of $4.4\;{\times}\;10^5M^{-1}s^{-1}$, which are subsequently hydrolyzed at a rate of $88s^{-1}$ and released during the initiation process. Global fit of the presteady state ATP hydrolysis kinetic data suggests that a rapid-equilibrium binding of ATP to Rho-RNA complex occurs prior to the first turnover and the chemistry step is not reversible. The initial burst of three ATPs hydrolysis was proposed to be involved in the initialization step that accompanies proper complex formation of Rho-RNA. Based on these results a kinetic model for initiation process for Rho-RNA complex was proposed relating the mechanism of ATP binding and hydrolysis by Rho to the structural transitions of Rho-RNA complex to reach the steady state phase, which is implicated during translocation along the RNA.
In this study, the double-stranded DNA-dependent activities of Deinococcus radiodurans RecA protein (Dr RecA) were characterized. The interactions of the Dr RecA protein with double-stranded DNA were determined, especially dsDNA-dependent ATP hydrolysis by the Dr RecA protein and the DNA strand exchange reaction, in which multiple branch points exist on a single RecA protein-DNA complex. A nucleotide cofactor (ATP or dATP ) was required for the Dr RecA protein binding to duplex DNA. In the presence of dATP, the nucleation step in the binding process occurred more rapidly than in the presence of ATP. Salts inhibited the binding of the Dr RecA protein to double-stranded DNA. Double-stranded DNA-dependent ATPase activities showed a different sensitivity to anion species. Glutamate had only a minimal effect on the double-stranded DNA-dependent ATPase activities, up to a concentration of 0.7 M. In the competition experiment for Dr RecA protein binding, the Dr RecA protein manifested a higher affinity to double-stranded DNA than was observed for single-stranded DNA.
Nucleophosmin/B23, a major nucleolar phosphoprotein, is overexpressed in actively proliferating cells. In this study, we demonstrate that B23 exclusively localizes in the nucleolus, whereas ATP depletion results in the redistribution of B23 throughout the whole nucleus and destabilizes B23 via caspase-3 mediated cleavage. Interestingly, ATP binding precedes PI(3,4,5)P3 binding at lysine 263 and ATP binding mutants fail to restore the anti-apoptotic functions of B23 in PC12 cells. Thus, the ATP-B23 interaction is required for the stability of the B23 protein and regulates cell survival, confining B23 within the nucleolus in PC12 cells.
Hsp70s assist in the process of protein folding through nucleotide-controlled cycles of substrate binding and release by alternating from an ATP-bound state in which the affinity for substrate is low to an ADP-bound state in which the affinity for substrate is high. It has been long recognized that the two-domain structure of Hsp70 is critical for these regulated interactions. Therefore, it is important to obtain information about conformational changes in the relative positions of Hsp70 domains caused by nucleotide binding. In this study, analytical ultracentrifugation and dynamic light scattering were used to evaluate the effect of ADP and ATP binding on the conformation of the human stress-induced Hsp70.1 protein. The results of these experiments showed that ATP had a larger effect on the conformation of Hsp70 than ADP. In agreement with previous biochemical experiments, our results suggest that conformational changes caused by nucleotide binding are a consequence of the movement in position of both nucleotide- and substrate-binding domains.
Wang, Ju-Hua;Xue, Xiu-Heng;Zhou, Jie;Fan, Cai-Yun;Xie, Qian-Qian;Wang, Pan
Parasites, Hosts and Diseases
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v.53
no.3
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pp.335-339
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2015
Cryptosporidium andersoni ATP-binding cassette (CaABC) is an important membrane protein involved in substrate transport across the membrane. In this research, the nucleotide binding domain (NBD) of CaABC gene was amplified by PCR, and the eukaryotic expression vector of pEGFP-C1-CaNBD was reconstructed. Then, the recombinant plasmid of pEGFP-C1-CaNBD was transformed into the mouse intestinal epithelial cells (IECs) to study the iron transportation function of CaABC. The results indicated that NBD region of CaABC gene can significantly elevate the transport efficiency of $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $K^+$, and $HCO_3{^-}$ in IECs (P<0.05). The significance of this study is to find the ATPase inhibitors for NBD region of CaABC gene and to inhibit ATP binding and nutrient transport of CaABC transporter. Thus, C. andersoni will be killed by inhibition of nutrient uptake. This will open up a new way for treatment of cryptosporidiosis.
This work reports studies of the catalytic and structural properties of pyridoxal kinase (ATP: pyridoxal 5' -phosphotransferase, EC. 2.7.1.35), Pyridoxal kinase catalyzes the phosphorylation of vitamin $B_6$ (pyridoxal, pyridoxamine, pyridoxine) using ATP-Zn as a phosphoryl donor. The enzyme purified from brain tissues is made up of two identical subunits of 40 kDa each. Native enzyme was inhibited by a substrate analogue, pyridoxal-oxime. Limited chymotrypsin digestion of pyridoxal kinase yields two fragments of 24 and 16 kDa with concomitant loss of catalytic activity. These fragments were isolated by DEAE ion exchange chromatography and used for binding studies with fluorescent ATP and pyridoxal analogues. The spectroscopic properties of both fluorescent pyridoxal analogue and Anthraniloyl ATP (Ant-ATP) bound to the 24 kDa fragment are indistinguishable from those of both pyridoxal analogue and Ant-ATP bound to the native pyridoxal kinase, respectively. The small 16 kDa fragment, generated by proteolytic cleavage of the kinase, does not bind any of the substrate analogues. Binding characteristics of Ant-ATP were extensively studied by measuring the changes in fluorescence spectra at various conditions. From the results presented herein, it is postulated that the structural domain associated with catalytic activity comprises approximately one-half of the molecular mass of pyridoxal kinase (24 kDa). whereas the remaining portion (16 kDa) of the enzyme contains a regulatory binding domain.
Park, Chanyong;Kong, Minsuk;Lee, Ju-Hoon;Ryu, Sangryeol;Park, Sungsu
BioChip Journal
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v.12
no.4
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pp.287-293
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2018
Bacillus cereus can cause blood infections (i.e., sepsis). Its early detection is very important for treating patients. However, an antibody with high binding affinity to B. cereus is not currently available. Bacteriophage cell wall-binding domain (CBD) has strong and specific binding affinity to B. cereus. Here, we report the improvement in the sensitivity of an ATP bioluminescence assay for B. cereus detection using CBD-conjugated magnetic nanoparticles (CBD-MNPs). The assay was able to detect as few as 10 colony forming units (CFU) per mL and $10^3CFU\;per\;mL$ in buffer and blood. CBD-MNPs did not show any cross-reactivity with other microorganisms. These results demonstrate the feasibility of the ATP assay for the detection of B. cereus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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