БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 4, с. 532–539
УДК 577.151
Свойства рекомбинантного малик-фермента у аэробного метанотрофа Methylosinus trichosporium*
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН, 142290 Пущино, Московская обл., Россия; электронная почта: khmelenina@ibpm.pushchino.ru
Поступила в редакцию 14.08.2018
После доработки 12.12.2018
Принята к публикации 18.12.2018
DOI: 10.1134/S0320972519040067
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: малик-фермент, метанотрофы, Methylosinus trichosporium.
Аннотация
Рекомбинантный малик-фермент из облигатного метанотрофа Methylosinus trichosporium получен гетерологичной экспрессией в Escherichia coli и очищен металл-хелатной аффинной хроматографией. Гомогексамерный малик-фермент (6 × 80 кДа) катализировал обратимую реакцию декарбоксилирования малата с образованием пирувата и СО2 в присутствии одно- и двухвалентных катионов и NADP+ в качестве кофактора. Значения kcat/Km указывали на более высокую каталитическую эффективность фермента в реакции декарбоксилирования малата по сравнению с реакцией карбоксилирования пирувата. Анализ транслированной аминокислотной последовательности белка выявил С-концевой участок, гомологичный последовательности фосфоацетилтрансферазы, однако фосфоацетилтрансферазная активность не обнаружена ни для полноразмерного белка, ни для С-концевого фрагмента, полученного как самостоятельный протеин. С-концевой домен белка оказывал стимулирующее влияние на активность малик-фермента.
Текст статьи
Сноски
* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM 18-230, 28.01.2019.
** Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнялась при финансовой поддержке РНФ (грант № 18-14-00326).
Благодарности
Авторы выражают благодарность компании Евроген за синтез олигонуклеотидов.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием животных или людей в качестве объектов.
Список литературы
1. Chang, G.G., and Tong, L. (2003) Structure and function of malic enzymes, a new class of oxidative decarboxylases, Biochemistry, 42, 12721–12733, doi: 10.1021/bi035251+.
2. Sauer, U., and Eikmanns, B.J. (2005) The PEP–pyruvate–oxaloacetate node as the switch point for carbon flux distribution in bacteria, FEMS Microbiol. Rev., 29, 765–794, doi: 10.1016/j.femsre.2004.11.002.
3. Viljoen, M., Subden, R.E., Krizus, A., and Van Vuuren, H.J. (1994) Molecular analysis of the malic enzyme gene (mae2) of Schizosaccharomyces pombe, Yeast, 10, 613–624, doi: 10.1002/yea.320100506.
4 Liguori, M., Tessarolo, D., Abbruzzese, C., and Giacanelli, M. (1995) NAD+/NADP+-dependent malic enzyme: evidence of a NADP+ preferring activity in human skeletal muscle, Biochem. Mol. Med., 56, 14–18, doi: 10.1006/bmme.1995.1050.
5 Fukuda, W., Ismail, Y.S., Fukui, T., Atomi, H., and Imanaka, T. (2005) Characterization of an archaeal malic enzyme from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakaraensis KOD1, Archaea, 1, 293–301, doi: 10.1155/2005/250757.
6. Trotsenko, Y.A. and Murrell, J.C. (2008) Metabolic aspects of aerobic obligate methanotrophy, Adv. Appl. Microbiol., 63, 183–229, doi: 10.1016/S0065-2164(07)00005-6.
7. Rozova, O.N., Khmelenina, V.N., Bocharova, K.A., Mustakhimov, I.I., and Trotsenko, Y.A. (2015) Role of NAD+- dependent malate dehydrogenase in the metabolism of Methylomicrobium alcaliphilum 20Z and Methylosinus trichosporium OB3b, Microorganisms, 3, 47–59, doi: 10.3390/microorganisms3010047.
8. Matsen, J.B., Yang, S., Stein, L.Y., Beck, D., and Kalyuzhnaya, M.G. (2013) Global molecular analyses of methane metabolism in methanotrophic Alphaproteobacterium, Methylosinus trichosporium OB3b. Part I: transcriptomic study, Front. Microbiol., 4, 40, doi: 10.3389/fmicb.2013.00040.
9. Гальченко В.Ф. (2001) Метанотрофные бактерии, Изд-во ГЕОС, Москва.
10. Sambrook, J., and Russell, D.W. (2001) Molecular cloning: a laboratory manual, 3rd Edn., Cold Spring Harbor Laboratory Press, N.Y.
11. Kalyuzhnaya, M., Khmelenina, V.N., Kotelnikova, S., Holmquist, L., Pedersen, K., and Trotsenko, Y.A. (1999) Methylomonas scandinavica sp. nov., a new methanotrophic psychrotrophic bacterium isolated from deep igneous rock ground water of Sweden, Syst. Appl. Microbiol., 22, 565–572, doi: 10.1016/S0723-2020(99)80010-1.
12. Reshetnikov, A.S., Rozova, O.N., Khmelenina, V.N., Mustakhimov, I.I., Beschastny, A.P., Murrell, J.C., and Trotsenko, Y.A. (2008) Characterization of the pyrophosphate-dependent 6-phosphofructokinase from Methylococcus capsulatus Bath, FEMS Microbiol. Lett., 288, 202–210, doi: 10.1111/j.1574-6968.2008.01366.x.
13. Slater, G.G. (1969) Stable pattern formation and determination of molecular size by pore-limit electrophoresis, Anal. Chem., 41, 1039–1041, doi: 10.1021/ac60277a003.
14. Sender, P.D., Martin, M.G., Peiru, S., and Magni, C. (2004) Characterization of an oxaloacetate decarboxylase that belongs to the malic enzyme family, FEBS Lett., 570, 217–222, doi: 10.1016/j.febslet.2004.06.038.
15. Bock, A.K., Glasemacher, J., Schmidt, R., and Schonheit, P. (1999) Purification and characterization of two extremely thermostable enzymes, phosphate acetyltransferase and acetate kinase, from the hyperthermophilic eubacterium Thermotoga maritima, J. Bacteriol., 181, 1861–1867.
16. Shacterle, G.R., and Pollack, R.L. (1973) A simplified method for quantitative assay of small amounts of protein in biological material, Anal. Biochem., 51, 654–657, doi: 10.1016/0003-2697(73)90523-X.
17. Mitsch, M.J., Voegele, R.T., Cowie, A., Osteras, M., and Finan, T.M. (1998) Chimeric structure of the NAD(P)+- and NADP+-dependent malic enzymes of Rhizobium (Sinorhizobium) meliloti, J. Biol. Chem., 273, 9330–9336, doi: 10.1074/jbc.273.15.9330.
18. Bologna, F.P., Andreo, C.S., and Drincovich, M.F. (2007) Escherichia coli malic enzymes: two isoforms with substantial differences in kinetic properties, metabolic regulation, and structure, J. Bacteriol., 189, 5937–5946, doi: 10.1128/JB.00428-07.
19. Chen, F., Okabe, Y., Osano, K., and Tajima, S. (1997) Purification and characterization of the NADP-malic enzyme from Bradyrhizobium japonicum A1017, Biosci. Biotech. Biochem., 61, 384–386, doi: 10.1271/bbb.61.384.
20. Troconi, M.A., Andreo, C.S., and Drincovich, M.F. (2018) Chimeric structure of plant malic enzyme family: different evolutionary scenarios for NAD- and NADP-dependent isoforms, Front. Plant Sci., 9, 1–15, doi: 10.3389/fpls.2018.00565.
21. Taillefer, M., Rydzak, T., Levin, D.B., Oresnik I.J., and Sparling, R. (2015) Reassessment of the transhydrogenase/malate shunt pathway in Clostridium thermocellum ATCC 27405 through kinetic characterization of malic enzyme and malate dehydrogenase, Appl. Environ. Microbiol., 81, 2423–2432, doi: 10.1128/AEM.03360-14.
22. Kawai, S., Suzuki, H., Yamamoto, K., Inui, M., Yukawa, H., and Kumagai, H. (1996) Purification and characterization of a malic enzyme from the ruminal bacterium Streptococcus bovis ATCC 15352 and cloning and sequencing of its gene, Appl. Environ. Microbiol., 62, 2692–2700.
23. Yang, S., Matsen, J.B., Konopka, M., Green-Saxena, A., Clubb, J., Sadilek, M., Orphan, V.J., Beck, D. and Kalyuzhnaya, M.G. (2013) Global molecular analyses of methane metabolism in methanotrophic Alphaproteobacterium, Methylosinus trichosporium OB3b. Part II. Metabolomics and 13C-labeling study, Front. Microbiol., 4, 70, doi: 10.3389/fmicb.2013.00070.
24. Gourdon, P., Baucher, M.-F., Lindley, N.D., and Guyonvarch, A. (2000) Cloning of the malic enzyme gene from Corynebacterium glutamicum and role of the enzyme in lactate metabolism, Appl. Environ. Microbiol., 66, 2981–2987, doi: 10.1128/AEM.66.7.2981-2987.2000.
25. Driscollt, B.T., and Finan, T.M. (1997) Properties of NAD+- and NADP+-dependent malic enzymes of Rhizobium (Sinorhizobium) meliloti and differential expression of their genes in nitrogen-fixing bacteroids, Microbiology, 143, 489–498, doi: 10.1099/00221287-143-2-489.
26. Ratledge, C. (2014) The role of malic enzyme as the provider of NADPH in oleaginous microorganisms: a reappraisal and unsolved problems, Biotechnol. Lett., 36, 1557–1568, doi: 10.1007/s10529-014-1532-3.
27. Khmelenina, V.N., Rozova, O.N., Akberdin, I.R., Kalyuzhnaya, M.G., and Trotsenko, Y.A. (2018). Pyrophosphate-dependent enzymes in methanotrophs: new findings and views, in Methane biocatalysis: paving the way to sustainability (Kalyuzhnaya, M.G., and Xing, X.H., eds) Springer, International Publishing AG, Switzerland, pp. 83–98.