Aspergillus fumigatus IFO 5840이 생산하는 cytosine deaminase에 미치는 cytosine analogue의 영향을 조사하여 다음의 결과를 얻었다. 1. Cytosine deaminase의 강한 저해를 나타내는 cytosine analogue는 2-thiouracil, 2-thiocytosine, 2-mercaptopyrimidine, 및 6-azacytosine이었다. 2. 본 효소에 대한 2-thiocytosine 및 6-azacytosine의 50% 효소활성 저해농도(HIC)는 각각 0.80mM과 1.15mM이었다. 3. 2-thiocytosine은 일정한 수준에서 본 효소의 반응을 정지시키는 반면, 6-azacytosine은 반응시간에 비례하여 일정한 비율로 저해하였다. 4. 2-thiocytosine과 6-azacytosine은 cytosine이나 5-fluorocytosine의 기질 종류에 관계없이 본 효소의 저해제로 작용하였으며 2-thiocytosine이 6-azacytosine보다 약 2배 정도의 높은 저해를 나타내었다. 5. cytosine을 기질로 하였을 경우, 2-thiocytosine과 6-azacytosine에 의해 경쟁적 저해를 나타내며 이들에 대한 Ki값은 각각 4.5$\times$10-4M과 1.756$\times$10-3M이었으며 cytosine, 2-thiocytosine 및 6-azacytosine에 대한 Hill 계수(Hn)는 각각 1.80, 1.81, 2.45로 나타났다.
A bacterium, strain YK 391 producing extracellular cytosine deaminase, has been isolated from soil sample collected near Taegu City and identified. The strain YK 391 was observed to be a motile Gram-negative rod, and did not produced capsule nor spore. The bacterium produced acid from glucose and trehalose, not from arabinose. Esculine was nto hydrolyzed. The isolate could grow anaerobically at 37$\circ $C, but not at 4$\circ $C. Palmitoleic and palmitic acids comprised over 80% of the fatty acid composition of the strain. The strain. The strain YK 391 was identified as Chromobacterium violaceum YK 391 based on its morphological and physiolohical characteristics, and on the fatty acid composition. The extracellular cytosine deaminase produced by Chromobacterium violaceum YK 391 is believed to be unique because it was active not only on cytosine and 5-fluorocytosine but also on cytidine.
Cytosine deaminase는 세균과 효모에서는 연구되었으나 비교적 진화가 진행된 생물인 곰팡이에서는 전혀 연구되어 있지 않았다. 곰팡이 중 특히. 효소 활성이 높은 Aspergillus fumigatus로부터 cytosine deaminase를 추출하여 부분 정제한 효소의 특성을 규명하였다. 곰팡이의 cytosine deaminase는 pH 5.5-8.0에서 비교적 안정하나, 열 안정성은 아주 낮은 효소였으며 pH 7.0과 30-35$^{\circ}C$에서 반응 최적 조건을 나타내며 활성화 에너지 값(Ea)는 13,240ca1/mol 이었다. 본 효소는 cytosine 뿐만 아니라 5-methylcytosine과 5-fluorocytosine을 기질로 이용하며 cytosine에 대한 km값은 1.53mM이며, 분자량은 32,000 이었다. Cytosine deaminase의 효소 활성은 Hg$^{2+}$, Pb$^{2+}$, Cd$^{2+}$, Fe$^{2+}$에 의하여 저해되며 1mM ATP와 UTP에 의해서도 저해되었다. 더우기 본 효소는 o-phenanthroline, p-chloromercuribenzoate에 의하여 저해되기도 했다.
Cytosine deaminase (cytosine aminohydrolase, EC 3.5.4.1) stoichiometrically catalyzes the hydrolytic deamination of cytosine and 5-fluorocytosine to uracil and 5-fluorouracil, respectively. Amino acid residues located in or near the active sites of the intracellular cytosine deaminase from chromobacterium violaceum YK 391 were identified by chemical modification studies. The enzymic activity was completely inhibited by chemical modifiers, such as 1mM NBS, chloramine-T, $\rho-CMB,\;\rho-HMB$ and iodine, and was strongly inhibited by 1mM PMSF and pyridoxal 5'-phosphate. This chemical deactivation of the enzymic activity was reversed by a high concentration of cytosine. Furthermore, the deactivation of the enzymic activity by $\rho-CMB$ was also reversed by 1mM cysteine-HCI, DTT and 2-mercaptoethanol. These results suggested that cysteine, tryptophan and methionine residues might be located in or near the active sites of the enzyme, while serine and lysine were indirectly involved in the enzymic activity. The intracellular cytosine deaminase from C violaceum YK 391 was assumed to be a thiol enzyme.
This study was carried out particularly focusing on he antitumor effect in combination with 5-fluorocytosine(5-FC), antifungal agent, and extracellular cytosine deaminase from Chromobacterium violaceum YK 391 against U-937, K-562 and SNU-C4 cells. While the addition of 10$\mu\textrm{g}$/100 ${\mu}\ell$ of anticancer agent, 5-fluorouracil(5-FU), to U-937, K-562 and SNU-C4 caused the decrease of proliferation 90%, 75% and 93% respectively, the addition of 20 $\mu\textrm{g}$/100 ${\mu}\ell$ of the extracellular cytosine deaminase and 10 $\mu\textrm{g}$/100 ${\mu}\ell$ of antifungal agent 5-FC caused the decrease of proliferation 80%, 70% and 90%, respectively. These results, therefore, reveal that this enzyme has the similar clinical effect for considering of adjuvant antitumor effect. From the above results, the treatment of 5-FC and the cytosine deaminase was very effective and showed the possibility to remove side effects which easily occur by the treatment of 5-FU only. An extracellular cytosine deaminase.
The antibacterial effect against cariogenic bacteria was evaluated in combination of 5-FC and intracellular cytosine deaminase from Chromobacterium violaceum YK 391. While S. mutans, L. parabuchneri and A. naeslundii showed antibacterial effect against 10 mM of 5-FU, S. intermedius, S. mitis, S. agalactiae, L. lactis, A. israelii, A. viscosus don't caused antibacterial effect. The addition of the cytosine deaminase and 10 mM of 5-FC to S. mutans, S. sanguis, L. brevis, L. parabuchneri, L. oris and A. naeslundii caused weakly antibacterial effect. S. sanguis caused weakly antibacterial effect against 10 mM of 5-FC. These results suggested that combination of the cytosine deaminase and 5-FC was showed the possibility to precautionary measures of dental caries.
본 연구에서는 cytosine deaminase(CODase)의 활성이 비교적 높은 Chromobacterium violaceum YK 391의 생육과 세포내 CODase의 최적 배양조건을 규명한 결과, soluble starch 0.75%, peptone 1.5%, yeast extract 0.1%, meat extract 0.1%, NaCl 0.01%, $K_2HPO_4$ 0.05%였다. 배지의 초기 pH 6.5에서 7.5까지 생육과 더불어 효소생성이 가장 양호했지만 산성 혹은 염기성 쪽으로 갈수록 균의 증식의 둔화와 더불어 효소생성 정도도 낮아졌다. 효소 생성에 미치는 배양 온도의 영향을 검토한 결과, 균의 생육은 저온보다는 $28^{\circ}C$에서 $30^{\circ}C$의 온도에서 양호하였으며, 40도씨 이상의 고온에서는 생육 및 효소 생성이 점차적으로 낮아졌고 균의 증식과 배양일수에 따른 효소활성에 있어서 균은 12시간의 유도기를 거쳐 배양 72시간 이후에 최대 생육도를 나타냈으며 균의 증식과 효소 생성 정도는 거의 일치하는 양상을 나타냈다.
토양시료로 부터 cytosine과 5-fluorocytosine에 특이성을 갖는 세포의 cytosine deaminase를 생산하는 균주 JH-13을 분리하였다. 분리균 JH-13을 분류학적으로 검색한 결과 Arthrobacter 속에 속하는 것으로 밝혀졌으며 Arthrobacter JH-13으로 명명하였다. 분리 균의 세 포외 cytosine deaminase 생성을 위한 최적배지의 조성은 peptone 0.5%, meat extract 0.5%, soluble starch 0.5%, KCl O.1%로, 배지의 초발 pH 는 8.0으로 설정하였다. 500 ml용량의 진탕 flask에 최적배지 100 ml를 넣고 110 Rev.${\times}6$cm stroke로 $30^{\circ}C$에서 진탕배양하였을 때 효소생산은 54시간 부근에서 최고에 달하였다.
Bacillus polymyxa YL38-3이 생성하는 세포의 cytosine deaminase의 효소학적 ,성질을 검토하였다. 본 세포외 효소는 열 안정성이 높으며, 인산완충액(pH6.0)과 $30^{\circ}C$에서 효소활성이 최대를 나타냈다. 본 효소는 cytosine 뿐 아니라 5- fluorocytosine-을 기질로 하나, 5-methylcytosine은 촉매하지 않았다. 더우기 본 효소는 $Cd^{2-}$, $Hg^{2+}$의 중금속이온과 ImM p-chloromercuribenzoate에 의하여 완전히 실활되며, o-phenanthroline과 monoiodoacetate에 의하여 75% 저해되었다. 그러나 1mM 2-mercaptoethanol에 의하여 본 효소의 활성을 약 200% 이상 활성화시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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