Type I signal peptidase cleaves the signal sequence from the amino terminus of membrane and secreted proteins afters these protein insert across the membrane. This enzyme serves as a potential target for the development of novel antibacterial agents due to its unique physiological and biochemical properties. Despite considerable research, the signal peptidase assay still remains improvement to provide further understanding of the mechanism and high-throughput inhibitor screening of this enzyme. In this paper, three known signal peptidase assays are tested with an E. coli D276A mutant signal peptidase to distinguish the sensitivity of each assays. In vitro assay using the procoat synthesized by in vitro transcription translation shows that the D276A signal peptidase I was inactive while in vivo processing of pro-OmpA expressed in the temperature-sensitive E. coli strain IT41 as well as in vitro assay using pro-OmpA nuclease A substrate show that D276A signal peptidase I has activity like wild-type signal peptidase. These results suggest that in vitro assay using the pro-OmpA nuclease A and in vivo pro-OmpA processing assay are more sensitive monitors than in vitro assay using the pro-coat. In conculsion, caution should be used when interpreting the in vitro results using the procoat.
Type Ⅰ signal peptidase is an integral membrane protein that functions to cleave signal peptides from secreted and membrane proteins. The enzyme serves as a potential target for the development of novel antibacterial agents due to its unique physiological properties. Despite being one of the best characterized enzymes, the catalysis of Type Ⅰ signal peptidase still remains controversy over the catalytic serine/lysine dyad mechanism. It appears that the dyad proteases are generally less efficient than the prototypical serine/histidine/aspartic acid triad found in most enzymes, although Type Ⅰ signal peptidase is an exception to this rule. In this paper, we have proposed that Type Ⅰ signal peptidase may act as the serine/lysine/aspartic acid triad cataltytic mechanism. Therefore, the aspartic acid 99 residue in the E. coli signal peptidase was chosen and mutated to an alanine to see if there is any possible role of the aspartic acid in the catalytic function. Type Ⅰ signal peptidase D99A protein was inactive in vitro assay using the procoat synthesized by in vitro transcription translation. However, the mutant was active using a highly sensitive in vivo assay. Pulse-chase experiments show that the replacement of aspartic acid 99 with alanine results in a very unstable signal peptidase molecule. Therefore, we conclude that it is unlikely that the residue is directly involved in catalysis, but rather plays an important role in stabilizing the protein structure.
In vitro analyses of type I signal peptidase activities require protein precursors as substrates. Usually, these pre-proteins are expressed in vitro and cleavage of the signal sequence is followed by SDS polyacrylamide gel electrophoresis coupled with autoradiography. Radioactive amino acids have to be incorporated in the expressed protein, since the amount of the in vitro expressed protein is usually very low and processing of the signal peptide cannot be followed by SDS polyacrylamide gel electrophoresis alone. Here we describe a rapid and simple method to express large amounts of a protein precursor in E. coli. We have analyzed the effect of ionophors as well as of azide on the accumulation of expressed protein precursors. Azide blocks the function of SecA and the ionophors dissipate the electrochemical gradient across the cytoplasmic membrane of E. coli. Addition of azide ions resulted in the formation of inclusion bodies, highly enriched with pre-apo-plastocyanine. Plastocyanine is a soluble copper protein, which can be found in the periplasmic space of cyanobacteria as well as in the thylakoid lumen of cyanobacteria and chloroplasts, and the pre-protein contains a cleavable signal sequence at its N-terminus. After purification of cyanobacterial pre-apo-plastocyanine, its signal sequence can be cleaved off by the E. coli signal peptidase, and protein processing was followed on Coomassie stained SDS polyacrylamide gels. We are optimistic that the presented method can be further developed and applied.
Park, Dong-Seok;Kim, Kyuhee;Jang, Minjoo;Choi, Sun-Cheol
BMB Reports
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v.51
no.12
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pp.636-641
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2018
DPP4 (dipeptidyl peptidase-4), a highly conserved transmembrane glycoprotein with an exo-peptidase activity, has been shown to contribute to glucose metabolism, immune regulation, signal transduction, and cell differentiation. Here, we show that DPP4 is involved in control of activin/nodal signaling in Xenopus early development. In support of this, gain of function of DPP4 augmented Smad2 phosphorylation as well as expression of target genes induced by activin or nodal signal. In addition, Dpp4 and Xnr1 showed synergistic effect on induction of ectopic dorsal body axis, when co-injected at suboptimal doses in early embryos. Conversely, saxagliptin, a DPP4 inhibitor repressed activin induction of Smad2 phosphorylation. Notably, overexpression of Dpp4 disrupted specification of dorsal body axis of embryo, leading to malformed phenotypes such as spina bifida and a shortened and dorsally bent axis. Together, these results suggest that DPP4 functions as a potentiator of activin/nodal signaling pathway.
We have studied the relation between Ca$^{2+}$-ATPase and trigger peptidase(TPase) which are membeane protein well known as their significant role for signal transduction of mating pheromone in heterobasidiomycetous yeast. Rhodosporidium toruloides. We found out that there were Ca $^{2+}$-ATPase and TPase together in isolated calmodulim binding protein(CBP), usion calmodulin affinity column chromatography after solubilization of mation type a cell membrane protein, and that the dependence of enzyme activity of both the enzymes on Ca$^{2+}$, phospholipid and nonionic detergent are similar. However, Ca$^{2+}$-ATPase hed quite absolute dependence on calmodulin and, on the other hand, TPase didn't have any dependence. Judging from the fact that there are both enzymes in CBP which the dependence of calmodulin are quite different, we found out that both enzymes were made to their compound and existed in mating type a cell membrane.
[$\gamma$-$^{32}$P]ATP was used to test phosphorylation of membrane proteins of mating type a cells of heterobasidiomycetous yeast Rhodosporidium toruloides separated by non-denaturing electrophoresis. The phosphoprotein was observed in the membrane proteins. The phosphorylation was inhibited by the pheromone rhodotorucine A (Rh. A) secreted by mating type A of the yeast. Rh. A didn't inhibit the phosphorylation in the presence of a trigger peptidase (TPase) inhibitor, antipain. Partially digested Rh. A by trypsin maintained the phosphorylation inhibitory activity. These results show that TPase activity plays an important role in the transduction of pheromone signal in the yeast.
A gene (GT-SM3B) encoding a thermostable secreted oligoendopeptidase (GT-SM3B) was cloned from the thermophile Geobacillus thermoleovorans DSM 15325. GT-SM3B is 1,857 bp in length and encodes a single-domain protein of 618 amino acids with a 23-residue signal peptide having a calculated mass of 67.7 kDa after signal cleavage. The deduced amino acid sequence of GT-SM3B contains a conservative zinc metallopeptidase motif (His400-Glu401-X-XHis404). The described oligopeptidase belongs to the M3B subfamily of metallopeptidases and displays the highest amino acid sequence identity (40.3%) to the oligopeptidase PepFBa from mesophilic Bacillus amyloliquefaciens 23-7A among the characterized oligopeptidases. Secretory production of GT-SM3B was used, exploiting successful oligopeptidase signal peptide recognition by Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant enzyme was purified from the culture fluid. Homodimerization of GT-SM3B was determined by SDS-PAGE. Both the homodimer and monomer were catalytically active within a pH range of 5.0–8.0, at pH 7.3 and 40℃, showing the Km, Vmax, and kcat values for carbobenzoxy-Gly-Pro-Gly-Gly-Pro-Ala-OH peptidolysis to be 2.17 ± 0.04 × 10-6 M, 2.65 ± 0.03 × 10-3 µM/min, and 5.99 ± 0.07 s-1, respectively. Peptidase remained stable at a broad pH range of 5.0–8.0. GT-SM3B was thermoactive, demonstrating 84% and 64% of maximum activity at 50℃ and 60℃, respectively. The recombinant oligopeptidase is one of the most thermostable M3B peptidase, retaining 71% residual activity after incubation at 60℃ for 1 h. GT-SM3B was shown to hydrolyze a collagenous peptide mixture derived from various types of collagen, but less preferentially than synthetic hexapeptide. This study is the first report on an extracellular thermostable metallo-oligopeptidase.
Lee, Sang Jun;Han, Yun Hee;Nam, Bo Hye;Kim, Young Ok;Reeves, Peter R.
Molecules and Cells
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v.26
no.1
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pp.34-40
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2008
To express an increased level of recombinant Mefp1 (marine mussel adhesive protein) in soluble form, we constructed expression vectors encoding truncated OmpA signal peptide-Mefp1 fusion proteins. OmpA signal peptide (OmpASP) is the 21 residue peptide fragment of the 23 residue OmpA signal sequence cleavable by signal peptidase I. We successfully produced increased levels of soluble recombinant Mefp1 (rMefp1) with various deletions of OmpASP, and found that the increased expression was caused by the increased pI of the N-terminus of the fusion proteins (${\geq}10.55$). All the OmpA signal peptide segments of 3-21 amino acids in length had the same pI value (10.55). Our results suggest that the pI value of the truncated OmpASP ($OmpASP_{tr}$) play an important role in directional signaling for the fusion protein, but we found no evidence for the presence of a secretion enhancer in OmpASP. For practical applications, we increased the expression of soluble rMefp1 with $OmpASP_{tr}$ peptides as directional signals, and obtained rMefp1 with the native amino terminus (nN-rMefp1) using an $OmpASP_{tr}$ Xa leader sequence that contains the recognition site for Xa protease.
This paper proposes a method that discriminates signal peptide and predicts the cleavage site of the secretory proteins cleaved by the signal peptidase I. The preprocessing stage uses hydrophobicity scales of amino acids in order to predict the presence of signal sequence and the cleavage site. The preprocessing enhances the performance of the prediction method by eliminating the non-secretory proteins in the early stage of prediction. for the effective use of support vector machine for the signal sequence prediction, the biologically relevant distance between the amino acid sequences is defined by using the hydrophobicity and substitution matrix; the hydrophobicity can be used to Predict the location of amino acid in a cell and the substitution matrix represents the evolutionary relationships of amino acids. The proposed method showed 98.9% discrimination rates from signal sequences and 88% correct rate of the cleavage site prediction on Swiss-Prot release 50 protein database using the 5-fold-cross-validation. In the comparison tests, the proposed method has performed significantly better than other prediction methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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