Streptomyces luteogriseus KT-10 isolated from Korean farm soil produced a strong cathepsin B inhibitor. Optimal conditions for the cathepsin B inhibitor production by s. luteogriseus KT-10 were evaluated. The cathepsin B inhibitor was produced with maximal yield in the cultural condition of pH 7.0 and $25^{\circ}C$ for 4 days. Optimal medium for the cathepsin B inhibitor production was determined to be a medium containing 20g, peptone 3g, yeast extract 1g, K2HPO4 0.5g, MgSO4.7H2O 0.5g, NaNO3 0.5g, NaCl 0.5g per l. The cathepsin B inhibitor produced by S. luteogriseus KT-10 could also inhibit the other proteinases such as trypsin, papain, and cathepsin D.
포유동물조직의 세포내에 존재하는 lysosomal cysteine계 cathepsin B 효소는 암 발병과 전이, 류머티스 관절염, 염증 및 노인성치매 등의 여러 질병에 관여하고 있다. 이 cathepsin B를 저해하는 저해물질이 Streptomyces luteogriseus KT-10에 의해 생산되어 분리되었다. S. luteogriseus KT-10이 생산하는 cathepsin B 저해물질은 열에 안정하며 산, 알칼리에도 안정한 물질로 구성되어 있다. Cathepsin B 저해물질은 DEAE-Sephadex A-25, Sephadex G-15, silica gel, Sephadex LH-20의 column chromatography 과정을 거친 후 분취용 HPLC를 이용 분취한 후 백색분말의 cathepsin B 저해물질을 정제하였다. 이 정제한 저해물질은 UV 상의 전 범위에서 특이한 검출부위를 확인할 수 없었으며, $H_2$O, methanol, ethanol, n-butanol에는 녹지만 비극성인 chloroform, n-hexane, benzene 등에는 불용성이었다. 또한 ninhydrine, $H_2$$SO_4$, iodine에 양성 반응이지만 Ehrlichs, Pauly, Sakaguchi, phthalic acid, DNS, aniline 등의 단백반응과 당 반응에는 음성 반응으로 나타났다. IR 기기에서는 OH 기와 CH 기의 peak를 확인하였으며 $^1$H NMR 기기로 OH peak와 NH peak 또한 확인할 수 있었다. $^{13}$ C NMR spectrum은 4개의 탄소 peak를 가진 물질로 확인된 분자량이 207 dalton인 저해물질이다. 원소 분석기를 이용한 저해물질 분석 결과 분자식이 $C_4$$H_{11}$$O_4$$N_{6}$로 나타났다. 이 cathepsin B 저해물질의 저해양식은 competitive 저해로 작용함을 확인할 수 있었다.
소나무 숲 토양에서 방선균을 666주 선별한 후 이중 glucose isomerase 생산성이 우수하고 (488U/ml) 40 포도당액의 이성화율이 5%3에 도달하는 TH34 균주를 선별하였다. 이 균주는 세포벽을 구성하는 diaminopimelic acid(DAP), 기균사의 색깔, spiral type의 spore 사슬의 형태, melanoid 색소형성, 탄수화물 이용성 및 전자현미경 사진등으로 미루어 보아 Streptomyces luteogriseus로 동정하였다. 분리 동정한 S.luteogriseus의 발효조건 및 배지조성 등을 검토하여 본 결과 28~$29^{\circ}C$에서 효소생산이 최대이었으며 pH 6.0~8.0의 넓은 범위에서 안정한 효소생산을 보였다.
An actinomycetes, KT-10 isolated from ginseng field in Kyongpook, Korea was selected based on its ability to produce a lysosomal cathepsin B inhibitor. The inhibitor purified from the culture supernatant of the isolate KT-10 showed strong inhibitory effects against cathepsin B as well as against papain when the activities were measured using synthetic substrate, ${\alpha}$-N-benzyloxycarbonyl-L-Iysine p-nitrophenyl ester (CLN) or ${\alpha}$-N-benzoyl-D,L-arginine 2-naphthylamide (BANA). The isolate KT-10 was identified as a species of Streptomyces based on its morphological characteristics and chemotaxonomic data. The TAXON program of Ward was used to identify Streptomyces sp. KT-10 as a strain of Streptomyces luteogriseus belong to cluster 18 of the genus Streptomyces with a Willcox probability 0.999388. The cathepsin B inhibitor was presumed to a novel material composed of a polyhydroxylamine.
토양에서 분리한 glucose isomerase 생산균주인 Streptomyces luteogriseus TH34를 0.05% chitosan과 0.28 glutaraldehyde를 이용하여 고정화시켜 역가가 기존 시제품보다 우수한 535IGIC/g인 효소를 얻었다. 한편 효소를 세포파괴 후 60% $(NH_4)_2S0_4$ fractionatioin, DEAE-Cellulose 및 Sephadex G-150을 이용하여 분리, 정제하여 6.3배 정제된 효소를 얻었고 고정화시킨 효소와 특성을 비교하였다. 효소의 분자량은 140,000이었고 분자량 35,000의 4개 subunits로 구성되어 있으며 최적 반응온도는 정제효소, 고정화효소에서 각각 $75^{\circ}C$, $80^{\circ}C$이고 열안전성은 공정화 효소가 높았으나 두 효소는 다 같이 $80^{\circ}C$이고 열안전성은 고정화 효소가 높았으나 두 효소는 다같이 $80^{\circ}C$에서 20분 처리시 역가 감소가 거의 없었다.
Cysteine 계 cathepsin B 단백질 분해 효소는 고등동물의 세포조직 내에 lysosome에 존재하며 병원성세균의 침입을 막고 불필요한 단백질을 분해시키며 또한 면역세포의 항원인식에 대한 단백질 생산 등에 관여하는 효소이다. 이 cathepsin B의 과량 발현은 암전이, 만성적 염증성 질환, 류머티스 관절염, 노인성치매 등의 원인이 된다. 이 cathepsin B를 저해하는 것으로 밝혀진 S. luteogriseus KT-10으로부터 분리한 저해제 KHS10을 이용하여 분광광도계를 사용, 그 저해력을 조사하였다. Cathepsin B 저해제 KHS10은 경쟁적 저해를 나타내며 cathepsin B는 기질 CLN에 대해 Km 값은 0.5mM을 Vmax 값은 $29.4\mu$M로 나타내었으며, 합성기질인 BANA에 대해서는 Km 값이 2mM을 Vmax 값은 7.8$\mu$M/min로 나타났다. 저해제 KHS10의 Ki 값은 $0.43{\mu}$M로 측정되었다. Cathepsin B에 대한 저해제 KS10의 반응시간에 대한 저해력은 1시간 반응시 저해력이 100%에 가깝게 높게 나타났으며 온도에 의한 저해율은 $25^{\circ}C$에서 활성이 가장 높게 나타났다. Cathepsin B와 저해제 KHS10이 반응 전 배양은 5분간의 전 배양으로 높은 저해율을 나타내었으며 또한 pH에 의한 저해활성은 pH 6.0에서 가장 높게 저해하는 것으로 조사되었다. 저해제 KHS10는 $100^{\circ}C$에서 1시간 열을 가해도 그 잔류 저해력은 80% 이상 유지되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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