A differential display for the expression profiles of wild-type Cryphonectria parasitica and its virally-infected isogenic hypovirulent strain revealed several transcripts of interest, which evidenced significant matches with fungal genes of known function. Among which, we have further analyzed an amplified PCR product with significant sequence similarity to the known fungal stress-responsive thioredoxin gene from Neurospora crassa. The product of the cloned thioredoxin gene, CpTrx1, consists of 117 amino acids, with a predicted molecular mass of 13.0 kDa and a pI of 5.4. Sequence comparisons demonstrated that the deduced protein sequence of the CpTrx1 gene evidenced a high degree of homology to all known thioredoxins, with the highest degree of homology with trx1, a thioredoxin gene from Saccharomyces cerevisiae, and evidenced a preservation of the conserved hall markresidues (Trp-Cys-Gly-Pro-Cys) at the active site of thioredoxin. The E. coli-generated CpTRX1 manifested thioredoxin activity, according to the insulin reduction assay, which indicates that the cloned gene does indeed encode for the C. parasitica thioredoxin.
Thioredoxin is a multi-functional protein which is ubiquitous in microorganisms, animals and plants. Previously, expression of the E. coli thioredoxin gene was found to be negatively regulated by cAMP. In the present study, the effect of cAMP on two separate promoters of the E. coli thioredoxin gene was investigated. Cyclic AMP had a repressible effect on P1 and P1P2 promoter activity of the constructs. This effect was also observed in the cya strain. The P2 promoter construct gave very high -galactosidase activity, and its expression was not affected by exogenous cAMP. It was assumed that a cis-acting negative element, probably the cAMP-CRP binding site, might have been deleted in the P1 promoter construct. Repression of the thioredoxin gene expression by cAMP appeared to be independent of ppGpp.
Recombinant heterologous proteins can be produced as insoluble aggregates partially or perfectly inactive in Escherichia coli. One of the strateges to improve the solubility of recombinant proteins is fusion with a partner that is excellent in producing soluble fusion proteins. To improve the production of soluble $\beta$-galactosidase, the gene of Thermus thermophilus KNOUC112 $\beta$-galactosidase (KNOUC112 $\beta$-gal) was fused with thioredoxin gene, and optimization of its expression in E. coli TOP10 was performed. KNOUC112 $\beta$-gal in pET-5b was isolated out, fused with thioredoxin gene in pThioHis C, and transformed to E. coli TOP10. The $\beta$-galactosidase fused with thioredoxin was produced in E. coli TOP10 as dimer and trimer. The productivity of fusion $\beta$ -galactosidase expressed via pThioHis C at 37$^{\circ}C$ was about 5 times higher than that of unfused $\beta$-galactosidase expressed via pET-5b at 37$^{\circ}C$. Inclusion body of $\beta$-galactosidase was formed highly, regardless of the induction by IPTG when KNOUC112 $\beta$ -gal was expressed via pET-5b at 37$^{\circ}C$. Fusion $\beta$ -galactosidase expressed at 37$^{\circ}C$ via pThioHis C without the induction by IPTG was soluble, but the induction by IPTG promoted the formation of inclusion body. Lowering the incubation temperature for the expression of fusion gene under 25$^{\circ}C$ prevented the formation of inclusion body, optimally at 25$^{\circ}C$. 0.07 mM of IPTG was sufficient for the soluble expression of fusion gene at 25$^{\circ}C$. The soluble production of Thermus thermophilus KNOUC112 $\beta$-galactosidase could be increased about 10 times by fusion with thioredoxin, and optimization of incubation temperature and IPTG concentration for induction.
Thioredoxin is a multifunctional protein that is ubiquitous in microorganisms, animals and plants. Previously, the expression of the Escherichia coli thioredoxin gene (trxA) was found to be negatively regulated by cAMP. In the present study, the effect of temperature on the expression of the E. coli trxA gene was investigated. In order to examine the temperature effect, the fusion plasmid pCL70 that harbors the E. coli trxA P1P2 promoter was used. The other two fusion plasmids, pJH3 and pMH521 that were constructed in different vectors which harbor the E. coli trxA P2 promoter, were also used. When the E. coli strain MC1061/pCL70 was grown in a rich medium at $25^{\circ}C$, $34^{\circ}C$ and $42^{\circ}C$, the cells grown at $42^{\circ}C$ gave the highest $\beta$-galactosidase activity. The E. coli MC1061/pJH3 and MC1061/pMG521 cells showed increased $\beta$-galactosidase activity after the shift of the culture temperature to $42^{\circ}C$. The wild-type trxA gene of the E. coli MC1061 cells produced much higher thioredoxin activity at the higher temperature. These results support the conclusion that the E. coli trxA gene is regulated in a temperature-dependent manner. Especially the expression from its P2 promoter appeared to be sensitive to temperature.
A soluble protein from Saccharomyces cerevisiae provides protection against a thiol-containing oxidation system but not against an oxidation system without thiol. This 25-kDa protein acts as a peroxidase but requires the NADPH-dependent thioredoxin system or a thiol-containing intermediate, and was thus named thioredoxin peroxidase. The protective role of thioredoxin peroxidase against ionizing radiation, which generates reactive oxygen species harmful tocellular function, was investigated in wild-type and mutant yeast strains in which the tsa gene encoding thioredoxin peroxidase was disrupted by homologous recombination. Upon exposure to ionizing radiation, there was a distinct difference between these two strains in regard to viability and the level of protein carbonyl content, which is the indicative marker of oxidative damage to protein. Activities of other antioxidant enzymes, such as catalase, superoxide dismutase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and glutathione reductase were increased at 200-600 Gy of irradiation in wild-type cells. However, the activities of antioxidant enzymes were not significantly changed by ionizing radiation in thioredoxin peroxidase-deficient mutant cells. These results suggest that thioredoxin peroxidase acts as an antioxidant enzyme in cellular defense against ionizing radiation through the removal of reactive oxygen species as well as in the protection of antioxidant enzymes.
Proceedings of the Korean Society of Toxicology Conference
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2001.05a
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pp.84-88
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2001
Human Thioredoxin (TRX) with with redox-active dithiol (C-C-Y-C-) in the active site has been cloned as adult T cell leukemia derived factor produced by HTLV-I transformed cells. Thioredoxin (TRX) is one of the major components of the thiol-reducing system and plays multiple roles in cellular processes such as proliferation, apoptosis and gene expression.(omitted)
A new type of the human TSA homologous gene was cloned from a HeLa cell cDNA and characterized. The gene product consists of 161 amino acids with a molecular mass of 16,900. The TSA homologous protein, as a new 6th member of the human TSA (hTSA VI), exerted a thioldependent peroxidase activity with the use of thioredoxin system as a physiological electron donor. The values of $V_{max}/K_m$ of hTSA VI for $H_2O_2$ and t-butyl hydroperoxide (t-BOOH) were calculated as $5.53{\times}10^{-2}$ and $3.70{\times}10^{-2}$, respectively. This implies that hTSA VI is a peroxidase, which reduces $H_2O_2$ and t-BOOH. The mutation of $Cys^{47}$ to serine resulted in a complete loss of the peroxidase activity. This suggests that $Cys^{47}$ acts as a primary site of catalysis. The analysis of the tryptic digest derived from hTSA VI revealed that the $Cys^{47}$ exists as a free thiol form. Taken together, these results suggest that the TSA homologous protein is a new type of the human family, which exerts thioredoxin-linked peroxidase activity toward $H_2O_2$ and alkyl hydroperoxide.
Thioredoxin reductase (TrxR), a component of the redox control system involving thioredoxin (Trx), is implicated in defense against oxidative stress, control of cell growth and proliferation, and regulation of apoptosis. In the present study a stable transfectant was made by introducing the vector pcDNA3.0 harboring the fission yeast TrxR gene into COS-7 African green monkey kidney fibroblast cells. The exogenous TrxR gene led to an increase in TrxR activity of up to 3.2-fold but did not affect glutathione (GSH) content, or glutaredoxin and caspase-3 activities. Levels of reactive oxygen species (ROS), but not those of nitric oxide (NO), were reduced. Conversely, 1-chloro-2,4-dinitrobezene (CDNB), an irreversible inhibitor of mammalian TrxR, enhanced ROS levels in the COS-7 cells. After treatment with hydrogen peroxide, the level of intracellular ROS was lower in the transfectants than in the vector control cells. These results confirm that TrxR is a crucial determinant of the level of cellular ROS during oxidative stress as well as in the normal state.
Even though three isotypes of thioredoxins (-f, -m and -h types) have been identified in a variety of plant cells, there are only a few reports on thioredoxin-h that were recently identified. In this study, a cDNA encoding a h-type of thioredoxin was isolated from a cDNA library of Chinese cabbage, and named here CTrx-h. An open reading frame of the gene contained a polypeptide of 133 amino acids with a conserved active center, WCGPC, which appeared in all of the thioredoxin proteins. A deduced amino acid sequence of the CTrx-h showed the highest sequence identity with those of Arabidopsis thioredoxin-h2 (75.2%) and thioredoxin-h5 (46.6%) proteins, but it shared a low sequence homology to other isotypes of plant thioredoxinm and thioredoxin-f. The CTrx-h protein that is expressed in E. coli represented not only an insulin reduction activity, but also electron transferring activity from NADPH to thioredoxin-dependent peroxidase. A genomic Southern blot analysis using the cDNA insert of CTrx-h revealed that the gene consisted of a small multigene family in Chinese cabbage genome. On the contrary to other thioredoxin-h proteins that were widely distributed in most tissues of the plant, the CTrx-h was predominantly expressed in flowers. The expression was very low in other tissues. The data of the Northern blot analysis suggests that the CTrx-h may have other functions in flower development or differentiation, in addition to its defensive role.
Kang Hyun-Jung;Hong Sung-Min;Kim Byung-Chul;Kim Kyunghoon;Park Eun-Hee;Lim Chang-Jin
Journal of Microbiology
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v.44
no.1
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pp.35-41
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2006
The unique gene encoding thioredoxin reductase (TrxR) was previously cloned and characterized from the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, and its expression was induced by oxidative stress. To elucidate tbe regulatory mechanism of the S. pombe TrxR gene, three fusion plasmids were generated using polymerase chain reaction: pYUTR20, pYUTR30, and pYUTR40. Plasmid pYUTR20 has an upstream region of 891 base pairs, pYUTR30 has 499 in this region, and pYUTR40 has an 186 bp upstream region. Negatively acting sequence is located between $-1,526\;\~\;-891bp$ upstream of the gene. The upstream sequence, responsible for the induction of TrxR by menadione (MD), is situated on the $-499\;\~\;-186bp$ region, which is also required for TrxR induction by mercuric chloride. The same region also appeared to be required for Pap1-mediated transcriptional regulation of the TrxR gene, which contains the two plausible Papl binding sites, TTACGAAT and TTACGCGA. Consistently, basal and inducible expression of the TrxR gene was markedly lower in the Pap1-negative TP108-3C cells than in wild-type yeast cells. In summary, up-regulation of the S. pombe TrxR gene is mediated by Pap1 via the transcriptional motif(s) located on the $-499\;\~\;-186bp$ region.
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