The tadpole H-ferritin produced in E. coli was purified and its molecular properties were investigated to obtain information about the contribution of the H-subunit in the reaction of iron core formation. All the expressed subunits were assembled into complete holoprotein in vitro, presumably 24-mer, and the protein was heat-stable. Electron microscopy revealed that the recombinant ferritin forms spherically and contains iron core. No difference was observed in the absorption spectrum of the expressed protein compared to that of the natural ferritin. The Ouchterlony double diffusion of the expressed protein showed that the H-chain ferritin shares an antigenic determinant with natural tadpole ferritin. Rabbit anti-horse spleen ferritin discriminated the H-ferritin from natural ferritin. The rate of ferritin formation by the recombinant H-chain apoferritin was determined to be higher than that shown by natural tadpole ferritin, which consists of H, M and L-subunits. This phenomenon may be caused by the absence of M and L-subunits in the recombinant H-chain apoferritin.
Ferritin is an iron storage protein found in most living organisms as a natural assembled macromolecule. For studying the functional ability of the ferritin assembly, human H- and L-ferritins were expressed and purified from Pichia pastoris strain GS115. The recombinant H- and L-ferritins showed a globular form with transmission electron microscopy. The rate of iron uptake for H-ferritin was significantly faster than that for the L-ferritin in vitro. By gel permeation chromatography analysis, recombinant ferritins were confirmed as multimeric subunits with high molecular weight and it was indicated that assembled subunits were able to store iron in vivo.
Human ferritin H- and L-chain genes (hfH and hfL) were cloned into the yeast shuttle vector YEp352 containing the GAL1 (galactokinase) and GAL10 (epimerase) divergent promoters and the vectors constructed were used to transform Saccharomyces cerevisiae 2805. SDS-PAGE displayed expression of the introduced hfH and hfL in both recombinant strains of Y1H10L and Y1L10H. The ferritin subunits, that represented ca. $22\%$ and $15\%$ of the soluble proteins in Y1H10L and Y1L10H, were spontaneously assembled into active ferritin heteropolymers. The H subunit content of the purified recombinant human ferritin heteropolymers was proven to reflect the relative expression yield of the subunits. When the cells of 2d culture were incubated with 14.3 mM Fe(2), the cellular iron concentration of Y1H10L and Y1L10H was 1.7 and 2.0 times, respectively, that of the control strain. It is assumed that increase in the iron uptake of the recombinant yeasts is closely related to ferritin expression and H subunit content.
Human heavy chain (H-) and light chain (L-) ferritins were amplified from a human cDNA library. Each ferritin gene was inserted downstream of the T7 promoter of bacterial expression vectors, and two types of coexpression vectors were constructed. The expression levels of recombinant ferritins ranged about 26-36% of whole-cell protein. H-ferritin exhibited a lower expression ratio compared with L-ferritin, by a coexpression system. However, the coexpression of HL-ferritins was significantly increased above the expression ratio of H-ferritin by cultivation without IPTG induction overnight. Purified recombinant H-, L-, HL-, and LH-ferritins were shown to be homo- and heteropolymeric high molecular complexes and it was indicated that their assembled subunits would be able to work functionally in the cell. Thus, these results indicate an improvement in the expression strategy of H-ferritin for heteropolymeric production and studies of ferritin assembly in Escherichia coli.
We constructed a comparative expression system in order to produce recombinant human ferritin homo- and heteropolymers in Escherichia coli. Human ferritin H-(hfH) and L-chain (hfL) genes were expressed without amino acid changes under the control of a tac promoter. Ferritin heteropolymers of varying subunit composition were also produced by combining two different expression systems, a bicistronic expression system and a coplasmid expression system. As a result, recombinant H-chain ferritin and ferritin heteropolymers were catalytically active in forming iron core in vivo. In particular, the ferritin heteropolymer that is composed of 7% H-subunit and 93% L-subunit was capable of forming an iron core of the protein, while the L-chain ferritin homopolymer was inactive in vivo. This result indicates that the two H-subunits (i.e., 7% H-subunit content) are important to keep ferritin active in the cells. In addition, human ferritins were identified as the major iron binding proteins in the transformed cells. Also, the amount of iron bound to the recombinant ferritins was proportional to the H-subunit content in ferritin heteropolymers in vivo.
RO HYEON SU;PARK HYUN KYU;KIM MIN GON;CHUNG BONG HYUN
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.15
no.2
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pp.254-258
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2005
We have conducted in vitro reconstitution study of ferritin from its subunits FerH and FerL. For the reconstitution, FerH was produced from an expression vector construct in Escherichia coli and was purified from a heat treated cell extract by using one-step column chromatography. FerL was expressed as inclusion bodies. The denatured form of FerL was obtained by a simple washing step of the inclusion bodies with 3 M urea. The reconstitution experiment was conducted with various molar ratios of urea-denatured FerH and FerL to make the ferritin nanoparticle with a controlled composition of FerH and FerL. SDS-PAGE analysis of the reconstituted ferritins revealed that the reconstitution required the presence of more than 40 molar$\%$ of FerH in the reconstitution mixture. The assembly of the subunits into the ferritin nanoparticle was confmned by the presence of spherical particles with diameter of 10 nm by the atomic force microscopic image. Further analysis of the particles by using a transmission electron microscope revealed that the reconstituted particles exhibited different percentages of population with dense iron core. The reconstituted ferritin nanoparticles made with molar ratios of [FerH]/[FerL]=l00/0 and 60/40 showed that 80 to $90\%$ of the particles were apoferritin, devoid of iron core. On the contrary, all the particles formed with [FerH]/[FerL]=85/ 15 were found to contain the iron core. This suggests that although FerH can uptake iron, a minor portion of FerL, not exceeding $40\%$ at most, is required to deposit iron inside the particle.
Human ferritin H- and L-chain genes(hfH and hfL) were cloned into the yeast shuttle vector YEp352 with various promoters, and the vectors constructed were used to transform Saccharomyces cerevisiae 2805. Three different promoters fused to hfH and hfL were used: galactokinase 1 (GAL1) promoter, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GPD) promoter and alcohol dehydrogenase 1(ADH1 ) promoter. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analyses displayed expression of the introduced hfH and hfL. In the production of both ferritin H and L subunits GAL1 promoter was more effective than GPD promoter or ADH1 promoter. Ferritin H and L subunits produced in S. cerevisiae were spontaneously assembled into its holoproteins as proven on native polyacrylamide gels. Both recombinant H and L-chain ferritins were catalytically active in forming iron core. When the cells were cultured in the medium containing 10 mM ferric citrate, the cell-associated concentration of iron was 174.9 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) for the recombinant yeast YG-L and 148.8 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) for the recombinant yeast YG-L but was 49.4 $\mu\textrm{g}$ Per gram(dry cell weight) in the wild type, indicating that the iron contents of yeast is improved by heterologous expression of human ferritin H-chain or L-chain genes.
The alkaline invertase ($\beta$-D-fructofuranoside fructohydrolase, EC 3.2.1.26) was isolated and characterized from the hypocotyls of mung bean (Phaseolus radiatus L.). The enzyme was purified by consecutive step using diethylaminoethyl (DEAE)-cellulose anion exchange, 1st Sephadex G-200, DEAE-Sephadex A50 and 2nd Sephadex G-200 chromatography. The overall purification was about 77-fold with a yield of about 6%. The finally purified enzyme exhibited a specific activity of about 48 $\mu$mol of glucose produced mg-1 protein min-1 at pH 7.0 and appeared to be a single protein by nondenaturing polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE). The enzyme had the native molecular weight of 450 kD and subunits molecular weight of 63 kD and 38 kD as estimated by Sephadex G-200 chromatography and SDS-PAGE, respectively, suggesting that the enzyme is a heteromultimeric protein composed of two types of subunits. On the other hand, the enzyme appeared to be not a glycoprotein according to the results of Con A chromatography and glycoprotein staining. The enzyme had a Km for sucrose of 19.7 mM at pH 7.0 and maximum activity around pH 7.5. The enzyme was most active with sucrose as substrate, compared to raffinose, cellobiose, maltose and lactose. These results indicate the alkaline invertase is a $\beta$-fructofuranosidase.
An iron-storage protein, ferritin is a spherical shell consisting of 24 H-and L-chain subunits. Soluble form of fused($F_{H}+F_{L}$ chain) ferritin was separated from disrupted recombinant E. coii cells, followed by silica powder adsorption. Ferritin was recovered from silica-poweder by distilled water, which was applied to gel filtration chromatography(GFC). Collected ferritin fractions from the GFC were assayed via iron-uptake and its molecular weight determined using GF-HPLC. Fused ferritin showed a higher activity than the M- or L- chain ferritin by two times.
The FimH subunit of type l-fimbriated Escherichia coli has been determined as a major cause of urinary tract infection. To produce a possible vaccine antigen against urinary tract infection, the fimH gene was genetically coupled to the ctxa2b gene, which was then cloned into pMAL -p2E expression vector. The chimaeric construction of pMALfimH/ctxa2b was transformed into Escherichia coli TB1 and its N-terminal amino acid sequence was analyzed. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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