GroEL is a typical molecular chaperone. GroEL synthesis patterns at various culture temperatures in Escherichia coli were investigated in this study. No significant differences in the amount of GroEL produced from the chromosome were found at 30 and 37$^{\circ}C$. However, GroEL production increased 3.4-fold at 42$^{\circ}C$. GroEL synthesis was not transient but continuous at 42$^{\circ}C$, although most heat shock gene expression is known to be transient. To understand the role of the groEL structural gene, a groE promoter-lacZ fusion was constructed. Interestingly , while transcriptional fusion is not thermally inducible, it is inducible by ethanol, suggesting that the secondary structure of the groEL transcript is involved in thermal regulation of the groEL gene. Secondary structures of groE mRNA at 37 and 42$^{\circ}C$ were compared using the computer program RNAdraw. Distinct structures at the two temperatures were found, and these structures may be related to a high level of GroEL expression at 42$^{\circ}C$.
The cells of Campylobacter jejuni heat-shocked at 48${\circ}C$ for 30 min synthesized the heat shock proteins of HSP90, HSP66 and HSP60. Those heat shock proteins were found to correspond to the heat shock proteins of HSP87, HSP66 (DnaK), and HSP58 (GroEL) of E. coli, respectively. By Southern blot analysis of the chromosomal DNAs of C. jejuni with groESL and dnaK genes of E. coli as DNA probes, the heat shock genes of C. jejuni which are homologous to the E. coli groESL and dnaK genes were found to exist in the chromosomal DNA. The genomic libraries of C. jejuni were constructed with the cosmid vector pWE15 and the groEL gene of C. jejuni were cloned in E. coli B178 groEL44 temperature senstive mutant. The hybrid plasmid (pLC1) was inserted with the DNA fragment (about 5.7kb in size) containing the groEL gene. E. coli groEL44 mutant cell transformed with the pLC1 could grow at 42${\circ}C$ by synthesizing the HSP60 of C. jejuni and regained the susceptibility to the ${\lambda}$ vir phage by expression of the groEL gene in the cloned cells. These indicated that the groEL products of C. jejuni had chaperon effects by synthesizing the heat shock proteins in the cloned cells of E. coli.
Kim, Jong-Deok;Sachiko Machida;Kiyoshi Hayashi;Ha, Sun-Deok;Gong, Jae-Yeol
KSBB Journal
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v.14
no.4
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pp.429-433
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1999
$\beta$-Glucosidaes from Cellvibrio gilvus(CG) was successfully overproduced in soluble form in E. coli with the coexpression of GroEL/ES/. Without the GroEL/ES protein, the $\beta$-glucosidase overexpressed in E. coli constituted a huge amount(80%) of total cellular protein, but was localized in the insoluble fraction, and little activity was detected in the soluble fraction. Coexpression of the E. coli GroEL/ES had a drastic impact on the proper folding of the $\beta$-glucosidase; 20% of the overexpressed enzyme was recovered in the soluble fraction in active form. Similar effects of GroEL/ES were also observed on the overexpressed $\beta$-glucosidase from Agrobacterium tumefaciens(AT). And pET28(a)-RGRAR, partially deleted mutant lacking 5-amino acid residues at carboxy teminus also could be folded into an active form when expressed with the molecular chaperonin GroEL/ES, and its activity was higher than that of the without GroEL/ES system, In addition, the synergistic effect of GroEL/ES and the low induction temperature were important factors for solubilization of the inclusion body from overproduced $\beta$-glucosidases.
The goal of this study is to investigate effects of temperature and co-chaperonin requirement for in vitro protein refolding assisted by E. coli chaperone GroEL under permissive and nonpermissive temperature conditions. In vitro protein refolding of two denatured proteins was kinetically investigated under several conditions in the presence of GroEL. Effects of temperature and GroES-requirement on the process of prevention of protein aggregation and refolding of denatured protein were extensively monitored. We have found that E. coli GroEL chaperone system along with ATP is required for invitro refolding of unfolded polypeptide under nonpermissive temperature of $37^{\circ}C$. However, under permissive condition spontaneous refolding can occur due to lower temperature, which can competes with chaperone-mediated protein refolding via GroEL chaperone system. Thus, GroEL seemed to divert spontaneous refolding pathway of unfolded polypeptide toward chaperone-assisted refolding pathway, which is more efficient protein refolding pathway.
The GroEL heat-shock protein from Fusobacterium nucleatum, a periodontopathogen, activates risk factors for atherosclerosis in human microvascular endothelial cells (HMEC-1) and ApoE-/- mice. In this study, we analyzed the signaling pathways by which F. nucleatum GroEL induces the proinflammatory factors in HMEC-1 cells known to be risk factors associated with the development of atherosclerosis and identified the cellular receptor used by GroEL. The MAPK and NF-${\kappa}B$ signaling pathways were found to be activated by GroEL to induce the expression of interleukin-8 (IL-8), monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1), vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1), E-selectin, and tissue factor (TF). These effects were inhibited by a TLR4 knockdown. Our results thus indicate that TLR4 is a key receptor that mediates the interaction of F. nucleatum GroEL with HMEC-1 cells and subsequently induces an inflammatory response via the MAPK and NF-${\kappa}B$ pathways.
Escherichia coli JM83 harboring penicilin G acylase gene of Bacillus megaterium ATCC14945 produced a protein in large amount (>20% of the total protein). The protein was identified as GroEL, one of the E. coli heat shock protein, by N-terminal amino acid sequence analysis. It was found that GroEL was induced by the expressed foreign penicilin G acylase at both 27 and $37^{\circ}C$.
Three combinations of molecular chaperones from Escherichia coli (i.e., DnaK-DnaJ-GrpE-GroEL-GroES, GroEL-GroES, and DnaK-DnaJ-GrpE) were overproduced in E. coli BL21, and their in vitro stabilizing effects on a nitrile hydratase (NHase) were assessed. The optimal gene combination, E. coli groEL-groES (ecgroEL-ES), was introduced into Rhodococcus ruber TH3. A novel engineered strain, R. ruber TH3G was constructed with the native NHase gene on its chromosome and the heterologous ecgroEL-ES genes in a shuttle plasmid. In R. ruber TH3G, NHase activity was enhanced 37.3% compared with the control, TH3. The in vivo stabilizing effect of ecGroEL-ES on the NHase was assessed using both acrylamide immersion and heat shock experiments. The inactivation behavior of the in vivo NHase after immersion in a solution of dynamically increased concentrations of acrylamide was particularly evident. When the acrylamide concentration was increased to 500 g/l (50%), the remaining NHase activity in TH3G was 38%, but in TH3, activity was reduced to 10%. Reactivation of the in vivo NHases after varying degrees of inactivation was further assessed. The activity of the reactivated NHase was more than 2-fold greater in TH3G than in TH3. The hydration synthesis of acrylamide catalyzed by the in vivo NHase was performed with continuous acrylonitrile feeding. The final concentration of acrylamide was 640 g/l when catalyzed by TH3G, compared with 490 g/l acrylamide by TH3. This study is the first to show that the chaperones ecGroEL-ES work well in Rhodococcus and simultaneously possess protein-folding assistance functions and the ability to stabilize and reactivate the native NHases.
Choi, In hwa;Kim, Su Nam;Kim, Seung Hwan;Kweon, Chang Hee;Pyo, Suhk Neung;Rhee, Dong Kwon
Korean Journal of Microbiology
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v.34
no.1_2
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pp.43-50
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1998
Induction and purification of the GroEL homolog from Streptococcus pneumolliae were characterized. The stress conditions were determined by temperature, ethanol, NaCI, $H_2O_2$ methyl methanesulfonate, and ethyl methanesulfonate. And stress induced proteins were analyzed using [$^{35}S$]-methionine labeling method. Heat shock induced the synthesis of a set of about 3 heat shock proteins (hsps) (65, 73, and 84-kDa). Of those 3 hsps, a 65 kDa protein, hsp65, was purified by DEAE-Sephacel and ATP-agarose column chromatography, and used for antibody preparation. Immunoblot analysis employing antisera raised against pneumococcus hsp65 demonstrated cross-reactivity with a 60 kDa protein in Eschericha coli. Also cross reaction of the purified p65 with anti-Escherichia coli GroEL monoclonal antibody demonstrated that pneumococcal hsp65 is the GroEL homolog.
Kwon, Mi-Jung;So-Lim Park;Sung-Koo Kim;Soo-Wan Nam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.6
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pp.1002-1005
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2002
The effects of GroEL/ES chaperone on the production of soluble form of B. macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in recombinant E. coli were investigated. The cgt gene and groEL/ES genes are under the control of T7 promoter and Pzt-1 promoter, respectively. The optimal concentrations of inducers, IPTG and tetracycline, were found to be 1.0 mM and 10 ng/ml, respectively. When tetracycline and IPTG were added at the early exponential phase (2h) and exponential phase (3h) of growth, respectively, about 1.5-fold increase of soluble CGTase activity and 1.6-fold increase of soluble CGTase protein were obtained. An SDS-PAGE analysis revealed that about $37.2\%$ of total CGTase protein was in the soluble fraction when GroEL/ES chaperone was overexpressed.
Molecular chaperones prevent the misfolding of newly synthesized polypeptides in the cell. The coexpression of molecular chaperones could be expected to improve the production of soluble and active recombinant proteins. In this study, the effect of coexpression of E. coli GroEL/ES chaperone on the active production of Bacillus macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in E. coli was investigated. Two plasmids, pTCGT1 and pGro7 in which the cgt and the groEL/ES genes are under the control of 77 promoter and araB promoter, respectively, were co-transformed into E. coli. With a series of cultures of recombinant E. coli cells, the optimal concentrations of IPTG and L-arabinose were found be 1 mM and 0.3 mg/$m\ell$, respectively. When IPTG and L-arabinose were added at 0.8~1.0 $OD_{600}$ and 0.4~0.5 $OD_{600}$, active CGTase production was increased significantly. This coexpression condition resulted in 1.5-fold increased level of soluble CGTase (0.7~0.73 unit/$m\ell$), compared to the level of CGTase in the single expression (0.36~0.56 unit/$m\ell$). An SDS-PACE analysis revealed that about 33.6% of CGTase in the total CGTase protein was found in the soluble fraction by coexpression of GroEL/ES chaperone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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