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.
RecA protein plans a central role in homologous recombination and DNA repair in Escherichia cofi (E. colD. The function 8nd structure of this protein are universal in prokarvotes and also conserved in eukaryotes such as yeast. The RecA-like protein with 74 lInDa in size has already been identified and purified from a fission yeast Schizosaccharomyces pombe (5. pommel (Lee, 19911. From this study it was revealed that the RecA-like protein of 5. pombe was highly inducible to various DNA damaging agents and inhibitors of nucleotide pool svnthesizins enzymes. The cellular level of the 5. pombe RecA-like protein wi,u markedly increased, upto 5- to 10-fold, by treatment with various DNA-damains agents including ultraviolet (UV) light, methyl methanesulfonate WS),4-nitroquinoline-1-oxide (4-NQO), and mitomycin-C (MMC), similar to E. cofi RecA protein. Interestingly, the protein level was also increased by inhibitors of nucleotide pool forming enzlwnes such as methotrexate (MTX) and hvdroxvurea (HU). The most effective doses for the inducibility of 4-NQO, MMS, W, MMC, MTX, and HU were 0.2 Ug/ml, 30 mM, 200 J/ma, 0.4 $\mus/ml,$ 1 Ug/ml, and 100 mM, respectively. The range of effective duration time for the inducibilitv of RecA-like protein was from 270 to 450 mins. These results suggest that the 5. pombe RecA-like protein also platys an imortant role in cellular responses to DNA damage as in E. coli system.
The RecA protein of Deinococcus radiodurans is essential for the extreme radiation resistance of this organism. The central steps involved in recombinational DNA repair require DNA-dependent ATP hydrolysis by recA protein. Key feature of RecA protein-mediated activities is the interactions with ssDNA and dsDNA. The ssDNA is the site where RecA protein filament formation nucleates and where initiation of DNA strand exchange takes place. The effect of sequence heterogeneity of ssDNA was examined in this experiment. The rate of homopolymeric synthetic ssDNA-dependent ATP hydrolysis was constant or nearly so over a broader range of pHs. For poly(dT)-dependent ATP or dATP hydrolysis, rates were generally faster, with a broader optimum between pH 7.0 and 8.0. Activities of RecA protein were affected by the ionic environment. The ATPase activity was shown to have different sensitivity to anionic species. The presence of glutamate seemed to slimulate the hydrolytic activity. Dr RecA protein was shown to require $Mg^{2+}$ ion greater than 2 mM for binding to etheno ssDNA and the binding stoichiometry of 3 nucleotide for RecA protein monomer.
To develop methods to reduce radiation risk and apply such knowledge to improvement of radiation protection, the effects of cobaltous chloride known as bioantimutagen on the function of E. coli RecA protein involved in the repair of DNA damage were examined. The results demonstrated two distinct effects of cobaltous chloride on the RecA protein function necessary for the strand exchange reaction. Cobaltous chloride enhanced the ability of RecA protein to displace SSB protein from single-stranded DNA and the duplex DNA-dependent ATPase activity. RecA protein was preferentially bound with UV-irradiated supercoiled DNA as compared with nonirradiated DNA The binding of RecA protein to UV-irradiated supercoiled DNA was enhanced in a dose-dependent manner. It is likely that studies on the factors affecting repair efficiency and the DNA repair proteins may provide information on the repair of ionizing radiation-induced DNA damage and the mechanism for DNA radioprotection.
Western blot analysis of lysates of Streptococcus pneumoniae revealed a single polypeptide species that cross-reacted with E. coli RecA antiserum. The apparent molecular weight of this putative RecA protein analog (RecAsp) was 24, 000 smaller than any other known RecA analogue. The RecAsp protein was present at the same level in competent and non-competent cells.
Deinococcus radiodurans RecA protein, when bound to DNA, exhibits a DNA-dependent ATPase. In the absence of DNA, the rate of RecA protein-promoted ATP hydrolysis drops 1,000-fold under the physiological concentrations of salt. This DNA-independent activity can be stimulated to levels approximating those observed with DNA by adding high concentrations (approximately 1.6 M) of a wide variety of salts. This effect was characterized by varying salt concentration and comparing the effects of different ion types. The higher concentrations of salt stimulated the ATP hydrolysis by RecA protein in the absence of DNA. At 1.6 M chloride, the observed stimulation showed the following cation trend $K^+{\geq}Na^+$ > $NH_4^+$ and the following anion sequence was observed: $glutamate^- \; > \; C1^- \;> \; acetate^-\; > \;PO_4^-$ at 1.6 M $K^+$. The catalytic properties of the salt-stimulated ATP hydrolysis reaction was optimal between pH 7.0 and 8.0, which was similar to the double stran nded DNA-dependent ATPase activities of Deinococcus radiodurans RecA protein. In the absence of DNA the active species for ATP hydrolysis by RecA protein was shown to be an aggregate of three RecA protein molecules.
Kim, Ok-Bong;Lim, Chae-Kwang;Kim, Si-Wouk;Park, Jong-Kun;Yoon, Seong-Myeong;Lee, Jung-Sup
Animal cells and systems
/
v.2
no.3
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pp.383-388
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1998
A RecA-like protein (RecAps) was identified from fluorescent Pseudomonas sp. and the inducible nature of the protein was characterized in detail. It was shown by dose-response and time-course experiments using two DNA damaging agents, nalidixic acid and mitomycin-C, that the cellular level of RecAps protein was increased 3-8 fold compared to that of the control. The most effective doses of nalidixic acid and mitomycin-C for the protein induction were $30{\mu}g/ml$ and $0.3{\mu}g/ml$ at the treatment time point of 150 min, respectively. The enhanced level of RecAps protein was gradually decreased to the control level after 10 hr in normal medium. Interestingly, the cellular level of RecAps protein was increased by the same DNA damaging agents even when cell growth was completely inhibited by treatment with $170{\mu}g/ml$ of chloramphenicol, an inhibitor of protein synthesis, suggesting that new protein synthesis is not required for the induction of RecAps. All these results suggest that a typical S0S repair function driven by RecA-like protein is conserved in Pseudomonas sp. cells as in E, coli.
RecA protein can promote strand assimilation, homologous pairing, and strand exchange. All these reactions require DNA-dependent ATP hydrolysis by recA protein, and the activities of recA protein are affected by the ionic environment. In this experiment, DNA-dependent ATPase activity showed different sensitivity to anionic species. ATP hydrolysis and strand exchange were relatively sensitive to salt in the reactions with NaCl, strongly inhibited at 100 mM NaCl. However, the inhibition by sodium acetate or sodium glutamate was not observed at 50∼100 mM concentration. Addition of sodium glutamate to the standard reaction condition increased the apparent efficiency of ATP hydrolysis during strand exchange. The condition including 50∼100 mM sodium-glutamate might be similar to the physiological condition.
Single-stranded DNA binding protein (SSB) is well-characterized as having a helix-destabilizing activity. The helix-destabilizing capability of SSB has been re-examined in this study. The results of restriction endonuclease protection assays and titration experiments suggest that the stimulatory effect of SSB on strand exchange acts by melting out the secondary structure which is inaccessible to RecA protein binding; however, SSB is excluded from regions of secondary structure present in native single-stranded DNA. Complexes of SSB and RecA protein are required for eliminating the secondary structure barriers under optimal conditions for strand exchange.
We have previoosly demonstrated that the RecA-like protein of Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) is immunologically related to Escherichia coil (E. coil) RecA protein and that the cellular level of the protein is significantly increased by inhibitors of nucleotide pool-forming enzymes such as hydroxyurea (HU) and methotrexate (MTX) (lee and Park, 1994; lee et al., 1994). In this study, we report that the ribonudeotide redudase activity of S. pombe is inhibited by E. coil RecA antibody, as determined by thin layer chromatography using [5-$^3$H]CDP as a substrate. The relative activity of ribonucleotide reductase was dramatically inhibited by 100 mM of flu (26.4% reduction) in in vitro assay, compared to that of non-treated control. The ribonucleotide reductase activity was also inhibited by immunoprecipitation with E. coil RecA antibody (43.3% reduction). These results indicate that the strudure of S. pombe ribonucleotide reductase is in part similar to that of E. coil RecA protein.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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