The regulatory mechanism of methionine biosynthesis in Corynebacterium glutamicum was analyzed at the protein arid gene expression level. O-Acetylhomoserine sulfhydraylase (encoded by metY) was inhibited by 10 mM methionine to a residual activity of 10% level, whereas no such inhibition was found with cystathionine $\gamma$-synthase (encoded by metB) and cystathionine $\beta$-lyase (encoded by metC). The enzymatic activity of homoserine acetyltransferase (encoded by metX) was repressed to a residual activity of 25% level by 10 mM methionine which was added to the growth medium. Cystathionine $\gamma$-synthase and cystathionine $\beta$-lyase were also repressed by 10 mM methionine, but only to a residual activity of 50-70% level. O-Acetylhomoserine sulfhydrylase was very sensitive to repression by 10 mM methionine, showing residual activity of 13%. In addition, homoserine acetyltransferase was also repressed by 10 mM cysteine to 50% of its original activity. No repression of the enzymes by S-adenosyl methionine was observed. The pattern of repression by methionine indicated that the metB and aecD genes might be regulated by a common mechanism, while the metA and metY genes are differently regulated.
Plant pathogenic Pectobacterium species cause severe soft rot/blackleg diseases in many economically important crops worldwide. Pectobacterium utilizes plant cell wall degrading enzymes (PCWDEs) as the main virulence determinants for its pathogenicity. In this study, we screened a random mutant, M29 is a transposon insertion mutation in the metC gene encoding cystathionine β-lyase that catalyzes cystathionine to homocysteine at the penultimate step in methionine biosynthesis. M29 became a methionine auxotroph and resulted in growth defects in methionine-limited conditions. Impaired growth was restored with exogenous methionine or homocysteine rather than cystathionine. The mutant exhibited reduced soft rot symptoms in Chinese cabbages and potato tubers, maintaining activities of PCWDEs and swimming motility. The mutant was unable to proliferate in both Chinese cabbages and potato tubers. The reduced virulence was partially restored by a complemented strain or 100 µM of methionine, whereas it was fully restored by the extremely high concentration (1 mM). Our transcriptomic analysis showed that genes involved in methionine biosynthesis or transporter were downregulated in the mutant. Our results demonstrate that MetC is important for methionine biosynthesis and transporter and influences its virulence through Pcc21 multiplication in plant hosts.
Kim, Kyoung-Ran;Byun, Hae-Jung;Cho, Hyun-Nam;Kim, Jung-Hyun;Yang, Seun-Ah;Jhee, Kwang-Hwan
Journal of Life Science
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v.21
no.1
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pp.119-126
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2011
There is a growing recognition of the significance of $H_2S$ as a biological signaling molecule involved in vascular and nervous system functions. In mammals, two enzymes in the transsulfuration pathway, cystathionine ${\beta}$-synthase (CBS) and cystathionine ${\gamma}$-lyase (CGL), are believed to be chiefly responsible for $H_2S$ biogenesis. Genetic inborn error of CGL leads to human genetic disease, cystathioninuria, by accumulating cystathionine in the body. This disease is secondarily associated with a wide range of diseases including diabetes insipidus and Down's syndrome. Although the human CGL (hCGL) overexpression is essential for the investigation of its function, structure, reaction specificity, substrate specificity, and protein-protein interactions, there is no clear report concerning optimum overexpression conditions. In this study, we report a detailed analysis of the overexpression conditions of the hCGL using a bacterial system. Maximum overexpression was obtained in conditions of low culture temperature after inducer addition, performing low aeration during overexpression, and using a low concentration inducer (0.1 mM, IPTG) for induction. Expressed hCGL was purified by His-tag affinity column chromatography and confirmed by Western blot using hCGL antibody and enzyme activity analysis. We also report that the His tag with TEV site attached protein exhibits 76% activity for ${\alpha}-{\gamma}$ elimination reaction with L-cystathionine and 88% for ${\alpha}-{\beta}$ elimination reaction with L-cysteine compared to those of wild type hCGL, respectively. His tag with TEV site attached protein also exhibits a 420 nm absorption maximum, which is attributed to the binding cofactor, pyridoxal 5'-phosphate (PLP).
Hydrogen sulfide ($H_2S$) is a by-product of metabolism of amino acids including sulfur and alcoholic fermentation, it is generally thought of in terms of a poisonous gas. Though $H_2S$ can have a negative impact on the perceived quality of fermented drinks due to an undesirable aroma, it plays prominent roles as a neuromodulator in the mammalian brain as well as a smooth muscle relaxant. Nowadays studies on the proteins which produce $H_2S$ are carried out in various fields such as structure, function, and metabolism. Here we propose to develop a simple and rapid $H_2S$ forming assay method, which will lead to speed up preparing the $H_2S$ forming proteins for identification by MALDI-TOF MS analysis. We detected three kinds of proteins which produce $H_2S$ in the crude extract of Saccharomyces cerevisiae. Those proteins were cystathionie $\beta$-synthase, O-acetylserine sulfhydrylase, and cystathionine $\gamma$-lyase.
Hypothyroidism alone can lead to myocardial fibrosis and result in heart failure, but traditional hormone replacement therapy does not improve the fibrotic situation. Hydrogen sulfide (H2S), a new gas signaling molecule, possesses anti-inflammatory, antioxidant, and anti-fibrotic capabilities. Whether H2S could improve hypothyroidism-induced myocardial fibrosis are not yet studied. In our study, H2S could decrease collagen deposition in the myocardial tissue of rats caused by hypothyroidism. Furthermore, in hypothyroidism-induced rats, we found that H2S could enhance cystathionine-gamma-lyase (CSE), not cystathionine β-synthase (CBS), protein expressions. Finally, we noticed that H2S could elevate autophagy levels and inhibit the transforming growth factor-β1 (TGF-β1) signal transduction pathway. In conclusion, our experiments not only suggest that H2S could alleviate hypothyroidism-induced myocardial fibrosis by activating autophagy and suppressing TGF-β1/SMAD family member 2 (Smad 2) signal transduction pathway, but also show that it can be used as a complementary treatment to conventional hormone therapy.
Previously, we reported that Helicobacter pylori-associated gastritis and gastric cancer are closely associated with increased levels of hydrogen sulfide ($H_2S$) and that Korean red ginseng significantly reduced the severity of H. pylori-associated gastric diseases by attenuating $H_2S$ generation. Because the incubation of endothelial cells with $H_2S$ has been known to enhance their angiogenic activities, we hypothesized that the amelioration of $H_2S$-induced gastric inflammation or angiogenesis in human umbilical vascular endothelial cells (HUVECs) might explain the preventive effect of Korean red ginseng on H. pylori-associated carcinogenesis. The expression of inflammatory mediators, angiogenic growth factors, and angiogenic activities in the absence or presence of Korean red ginseng extracts (KRGE) were evaluated in HUVECs stimulated with the $H_2S$ generator sodium hydrogen sulfide (NaHS). KRGE efficiently decreased the expression of cystathionine ${\beta}$-synthase and cystathionine ${\gamma}$-lyase, enzymes that are essential for $H_2S$ synthesis. Concomitantly, a significant decrease in the expression of inflammatory mediators, including cyclooxygenase-2 and inducible nitric oxide synthase, and several angiogenic factors, including interleukin (IL)-8, hypoxia inducible factor-1a, vascular endothelial growth factor, IL-6, and matrix metalloproteinases, was observed; all of these factors are normally induced after NaHS. An in vitro angiogenesis assay demonstrated that NaHS significantly increased tube formation in endothelial cells, whereas KRGE pretreatment significantly attenuated tube formation. NaHS activated p38 and Akt, increasing the expression of angiogenic factors and the proliferation of HUVECs, whereas KRGE effectively abrogated this $H_2S$-activated angiogenesis and the increase in inflammatory mediators in vascular endothelial cells. In conclusion, KRGE was able to mitigate $H_2S$-induced angiogenesis, implying that antagonistic action against $H_2S$-induced angiogenesis may be the mechanism underlying the gastric cancer preventive effects of KRGE in H. pylori infection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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