고온, 호알칼리성 Bacillus K-17 균주에서 한가지 xylanase 유전자를 pBR322를 벡터로 이용하여 클로닝시켰다. Xylan을 함유하는 LB 한천배지에서 분해환을 형성하는 대장균 형질전환주에서 재조합 플라스미드 pAXl13을 분리하였으며, 본 pAXl13 은 pBR322와 고온, 호알칼리성 Bacillus K-17균주 염색체 DNA의 4.3Kb HindIII 절편으로 구성되어 있었다. Biotin으로 표식된 pAXl13을 probe로 하여 상동성시험을 하여 본 결과, pAXl13에 존재하는 4.3Kb Hind III 절편은 고온, 호알칼리성 Bacillus K-17 균주 유래임을 확인하였다. pAXl13 을 가지는 E. coli 균주가 생성하는 xylanase는 균체외에 존재하였으며 그 효소학적 성질은 고온, 호알칼리성 Bacillus K-17 균주의 xylanase I 과 II중에서 xylanase I과 동일하였다.
Xylanase를 생산하는 알칼리 내성 Bacillus alcalophilus AX2000의 chromosomal DNA로부터 xylanase 유전자를 cloning하여 그 염기배열 순서를 결정한 다음 이로부터 유전자 발현에 관련된 구조를 분석하였다. Xylanase 유전자의 cloning을 위해 제한효소 PstI으로 절단한 B. alcalophilus AX2000의 chromosomal DNA와 pUC19을 ligation 시켜 E. coli $DH5\alpha$에 형질전환시킨 후 형질전환체 중에서 xylanase 활성을 나타내는 재조합 plasmid pXTY99를 분리하였다. 재조합 plasmid pXTY99은 pUC19의 PstI 부위 내에 7kb의 외래 DNA가 삽입 되 었다. Cloning된 xylanase 유전자(xynT)의 염기배열을 분석한 결과 유전자의 크기는 1,020 bp이었고 이는 340개의 아미노산으로 구성된 분자량 40 kDa의 poly-peptide를 coding하고 있었다. 이 염기배열은 AUG 개시 codon으로부터 각각 259와 282 base상류에 TACAAT의 -10 box와 GTTCACA인 -35 box로 추정되는 염기배열이 존재하였으며 ribosome 결합부위가 존재하였다. B. alcalophilus AX2000의 xylanase와 아미노산배열의 유사성이 가장 높은 xylanase는 Bacillus sp. N137과 B. stearothemophilus 21 유래의 xylanase로 각각 $61\%$와 $59\%$의 유사성을 나타내었다.
A 16 kilobase (kb) HindIII fragment of alkalophilic Bacillus sp. YC-335 containing a gene for xylanase synthesis was inserted at the HindIII site of pBR322 and cloned in Escherichia coli HB101. After subcloning of recombinant plasmid pYS52, the 1.5 kb fragment was found to code for xylanase activity, and the hybrid plasmid was named pYS55. The DNA insert of the plasmid was subjected to restriction enzyme mapping, which showed that pYS55 had single site for PuvII and SstI in the 1.5 kb insert fragment. Southern hybridization analysis revealed that the cloned gene was hybridized with chromosomal DNA from alkalophilic Bacillus sp. YC-335. About 64% of the enzyme activity was observed in the extracellular and periplasmic space of E. coli HB10l carrying pYS55.
The DNA sequence immediately following the xynA gene of Bacillus stearothermophilus 236 [about l-kb region downstream from the translational termination codon (TAA) of the xynA gene]was found to have an ability to enhance the xylanase activity of the upstream xynA gene. An 849-bp ORF was identified in the downstream region, and the ORF was confirmed to encode a novel protein of 283 amino acids designated as XaiF (xylanase-activity-increasing factor). From the nucleotide sequence of the xaiF gene, the molecular mass and pI of XaiF were deduced to be 32,006 Da and 4.46, respectively. XaiF was overproduced in the E. coli cells from the cloned xaiF gene by using the T7 expression system. The transcriptional initiation site was determined by primer extension analysis and the putative promoter and ribosome binding regions were also identified. Blast search showed that the xaiF and its protein product had no homology with any gene nor any protein reported so far. Also, in B. subtilis, the xaiF trans-activated the xylanase activity at the same rate as in E. coli. In contrast, xaiF had no activating effect on the co-expressed ${\beta}-xylosidase$ of the xylA gene derived from the same strain of B. stearothermophilus. In addition, the intracellular and extracellular fractions from the E. coli cells carrying the plasmid-borne xaiF gene did not increase the isolated xylanase activity, indicating that the protein-protein interaction between XynA and XaiF was not a causative event for the xylanase activating effect of the xaiF gene.
Sclerotinia sclerotiorum fungus has three endoxylanases induced by wheat bran. In the first part, a partial xylanase sequence gene (90 bp) was isolated by PCR corresponding to catalytic domains (${\beta}5$ and ${\beta}6$ strands of this protein). The high homology of this sequence with xylanase of Botryotinia fuckeliana has permitted in the second part to amplify the XYN1 gene. Sequence analysis of DNA and cDNA revealed an ORF of 746 bp interrupted by a 65 bp intron, thus encoding a predicted protein of 226 amino acids. The mature enzyme (20.06 kDa), is coded by 188 amino acid (pI 9.26). XYN1 belongs to G/11 glycosyl hydrolases family with a conserved catalytic domain containing $E_{86}$ and $E_{178}$ residues. Bioinformatics analysis revealed that there was no Asn-X-Ser/Thr motif required for N-linked glycosylation in the deduced sequence however, five O-glycosylation sites could intervene in the different folding of xylanses isoforms and in their secretary pathway.
The xynA gene encoding the xylanase A of Paenibacillus sp. DG-22 was isolated with a DNA probe obtained by PCR amplification, using degenerated primers deduced from the amino acid residues of the known N-terminal region of the purified enzyme and the conserved region in the family 11 xylanases. The positive clones were screened on the LB agar plates supplemented with xylan, by the Congo-red staining method. The xynA gene consists of a 630-bp open reading frame encoding a protein of 210 amino acids, and the XynA preprotein contains a 28-residues signal peptide whose cleavage yields a l82-residues mature protein of a calculated molecular weight of 20,000Da and pI value of 8.77. The cloned DNA fragment also has another ORF of 873 nucleotides that showed 76% identity to the putative transcriptional activator of Bacillus halodurans C-125. Most of the xylanase activity was found in the periplasmic space of E. coli. The xynA gene was subcloned into pQE60 expression vector to fuse with six histidine-tag. The recombinant xylanase A was purified by heating and immobilized metal affinity chromatography. The optimum pH and temperature of the purified enzyme were 6.0 and $60^{\circ}C$, respectively. This histidine-tagged xylanase A was less thermostable than the native enzyme.
Xylanase를 생산하는 내열성 Bacillus pumilus TX703의 chromosomal DNA로부터 xylanase 유전자를 cloning하여 그 염기배열 순서를 결정한 다음 이로부터 유전자 발현에 관련된 구조를 분석하였다. Xylanase 유전자의 cloning을 위해 제한효소 HindIII로 절단한 B. pumilus TX703의 chromosomal DNA와 pUC19을 ligation시켜 E. coli DH5 $\alpha$에 형질전환시킨 후 형질전환체 중에서 xylanase 활성을 나타내는 재조합 plasmid pXES106을 분리하였다. 재조합 plasmid pXES106은 pUC19의 HindIII 부위 내에 2.24 kb의 외래 DNA가 삽입되었고, 이 plasmid DNA를 분리하여 E. coli DH5 $\alpha$에 재형질전환시킨 결과 vector 내에 xylanase 유전자가 cloning되었음을 확인하였다. Cloning된 유전자의 염기배열을 분석한 결과 이 유전자의 총 크기는 2,187 bp였고 이는 409개기 아미노산을 coding 하는 open reading frame 1,227 bp를 포함하고 있었다. 이 염기배열은 ATG개시 codon으로부터 각각 193과 216 base 상류에 TTTAAT의 -10 box와 TCGAAA인 -35 box로 추정되는 염기배열이 존재하였고 -10 box로부터 7 bp하류에 전사개시점인 A가 위치하고 있었다. 또한, 개시 codon으로부터 432 bp 상류에 공통염기배열과 14개의 염기 중 11개의 염기가 일치하는 TGATGGCGTCGGCA의 catabolite responsive element (CRE)가 존재하였다. B. pumilus TX703의 xylanase와 아미노산배열의 유사성이 가장 높은 xylanase는 Hordeum vulgare의 isozyme X-I이었고 본 xylanase는 208번째와 322번째에 glutamic acid 잔기를 가지고 있어 Clostridium thermocellum, Dictyoglomus thermophilum, Thermotoga neapolitana 등에서 밝혀진 바와 같이 glutamic acid 부위가 xylanase의 활성부위라 여겨진다.
Bacillus circulans ATCC21367의 Cellulolytic Xylanase 유전자를 pUC19을 vector 로 하여 대장균내에서 클로닝 하였다. 재조합 plasmid pXL180은 B. circulans 로부터 유래 된 0.5 kb와 1.3 kb Pst I 절편으로 이루어진 총 1.8 kb 삽입 절편을 포함 하고 있었다. 1.3 kb 절편의 상류영역에 있는 0.5 kb 절편은 클로닝된 유전자의 정상 발현뿐만아니라 과잉 발 현에 대해서도 필수 불가결함을 확인하였다. 형질전환체는 모균 B. circulans에 의해 생산된 것보다 135배 이상 많은 xylanase를 생산하였다. 클로닝된 효소의 최적 pH와 온도는 각각 pH 5.2와 $60^{\circ}C$ 였다. $55^{\circ}C$에서 1시간 동안의 사전 연처리에도 이 효소는 활성의 감소를 일 으키지 않았다. 이 효소는 xylan과 carboxymethyl cellulose (CMC), lichenan에 대하여 기질 특이성을 보였는데, 주요 산물로서 xylose(EH는 G1)와 xylobiose(또는 G2), xylotriose(또는 G3)를 생산하였다. 그러므로 우리는 클로닝된 유전자의 효소를 cellulolytic xylanase로 명명 하였다. 액체 배양된 Eschericxhia coli DH5$\alpha$(pXL180)의 전체 세포 추충물이나 배양 상등 액으로부터 조제된 시료들의 SDSPAGE와 zymogram을 통하여 이 효소의 분자량은 45kDa 이었으며, 대장균 내에서 주목할 만한 processing은 일어나지 않았다.
An endo-${\beta}-1$,4-xylanase (${\beta}$-xylanase) from Trichoderma harzianum C4 was purified without cellulase activity by sequential chromatographies. The specific activity of the purified enzyme preparation was 430 units/mg protein on D-xylan. The complementary DNA (cDNA) encoding ${\beta}$-xylanase (xynII) was amplified by PCR and isolated from cDNA PCR libraries constructed from T. harzianum C4. The nucleotide sequence of the cDNA fragment contained an open reading frame of 663 bp that encodes 221 amino acids, of which the mature protein is homologous to several ${\beta}$-xylanases II. An intron of 63 bp was identified in the genomic DNA sequence of xynII. This gene was expressed in Saccharomyces cerevisiae strains under the control of adh1 (alcohol dehydrogenase I) and pgk1 (phosphoglycerate kinase I) promoters in 2 ${\mu}$-based plasmids, which could render recombinants able to secrete ${\beta}$-xylanase into the media.
The xylnX gene encoding a xylanase from Clostridium thermocellum ATCC27405 was cloned in the plasmid pJH27, an E. coli-Bacillus shuttle vector and the resultant recombinant plasmid, pJX18 was transformed into E. coli HB101. The overexpressed xylanase was found to be secreted into the periplasmic space of the recombinant E. coli cells. The crude enzyme was obtained by treating the E. coli cells with lysozyme, and purified by DEAE-Sepharose column chromatography. Molecular wieght of the xylanase was estimated to be 53 kDa by gel filtration. The pI value was determined to be pH 8.8. The N-terminal sequence of the enzyme protein was Asp-Asp-Asn-Asn-Ala-Asn-Leu-Val-Ser-Asn which was considered to be the sequence of that of the mature form protein. The Km value of the enzyme for oat spelt xylan was calculated to be 2.63 mg/ml and the Vmax value was $0.47 {\mu}mole/min$. The xylanase had a pH optimum for its activity at pH 5.4 and a temperature optimum at $60^{\circ}C$. The enzyme hydrolyzed xylan into xylooligosaccharides which were composed mainly of xylobiose (40%) and xyloltriose (12%) after 5 hour reaction. This result indicates that the xylanase from C. thermocellum ATCC27405 is an endo-acting enzyme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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