结晶纸\(\def\h填{\hskip5em}\def\hfil{\hski p3em}\def\eqno#1{\hfil{#1}}\)

期刊徽标结构性的
生物学
国际标准编号:2059-7983

表达、纯化和初步X射线衍射分析来自II型聚酮合酶的酮还原酶

十字标记_颜色_方形_文本.svg

英国布里斯托尔大学医学院分子识别中心,b条英国布里斯托尔BS8 1TS坎托克郡布里斯托尔大学化学学院有机和生物化学,c(c)布里斯托尔大学生物化学系,英国布里斯托尔BS8 1TD大学步行街医学院,以及d日布里斯托尔大学病理学和微生物学系,英国布里斯托尔BS8 1TD沃克大学医学院
*通信电子邮件:a.t.hadfield@bris.ac.uk

(收到日期:2004年3月10日; 2004年3月31日接受)

细菌和其他生物产生的聚酮代谢物包括抗生素、抗癌和抗真菌化合物。在II型聚酮合成中,三种酶足以形成所需链长的聚酮产品,尽管第一种酶的保真度很高环化作用是可变的。向该体系中添加酮还原酶(KR)可生成正确的产物环化作用和减少。本文报告了克隆天蓝色链霉菌actIII编码酮还原酶的ORF5基因。261氨基酸蛋白被一个20残基的His标签过度表达,该标签由亲和层析并在空间组 P(P)221,带单元间参数 = b条 = 103.9,c(c)= 123.1 Å. 晶体衍射到2.5º的分辨率。已收集完整的数据集,并构造解决方案和精炼正在进行中。

1.简介

聚酮是一组化学成分不同的次级代谢产物由细菌、真菌、植物和海洋生物产生(Hopwood,1990【霍普伍德·D.A.(1990),《遗传学年鉴》,第24期,第37-66页。】, 1997【霍普伍德·D.A.(1997),《化学评论》第97期,2465-2497页。】; Staunton&Weissman,2001年[Staunton,J.和Weissman,K.J.(2001)。国家生产代表18380-416。]). 这些天然产物具有巨大的药用价值,包括土霉素(抗生素)、阿霉素(抗癌)和白藜芦醇(抗真菌)。聚酮合酶(PKS)生物合成复合物被组织为类似于脂肪酸合成酶(FAS)的催化结构域的共价(I型)或非共价(II型)组装。聚酮和脂肪酸生物合成都在进行通过丙二酰扩链剂单元到起始单元(通常是醋酸盐)的反复脱羧缩合。

在II型PKS中,形成所需链长的聚酮所需的最少数量的酶是酮合酶(KSα),链长系数(KSβ)和酰基载体蛋白(ACP)(McDaniel等。, 1994【McDaniel,R.、Ebert-Khosla,S.、Fu,H.、Hopwood,D.A.和Khosla(1994)。美国国家科学院院刊,91,11542-11546。】, 1995[MMcDaniel,R.,Ebert Khosla,S.,Hopwood,D.A.和Khosla,C.(1995)。《自然》(伦敦),375549-554。]). KR是第一种修饰新生聚酮链的酶,其主要功能是减少C-9处的羰基。KR还可以提高C-7和C-12之间的羟醛缩合效率,这是正确形成第一个芳香环所必需的,因为添加了行为KR到最小PKS消除了错误循环的产品(Fu等。, 1994[Fu,H.,McDaniel,R.,Hopwood,D.A.&Khosla,C.(1994a).生物化学,33,9321-9326.],b条【Fu,H.、McDaniel,R.、Hopwood,D.A.和Khosla,C.(1994b)。化学生物学1,205-210。】; Fu、Ebert-Khosla等。, 1994【Fu,H.、Ebert-Khosla,S.、Hopwood,D.A.和Khosla、C.(1994),《美国化学学会杂志》116、4166-4170。】).

迄今为止,只解决了四种II型芳香族PKS组分。这是三种溶液核磁共振结构行为(碎屑等。, 1997【Crump,M.P.、Crosby,J.、Dempsey,C.E.、Parkinson,J.A.、Murray,M.、Hopwood,D.A.和Simpson,T.J.(1997)。生物化学,36,6000-6008。】),场外交易(芬德洛等。, 2003[Findlow,S.C.,Winsor,C.,Simpson,T.J.,Crosby,J.&Crump,M.P.(2003).生物化学,42,8423-8433.])以及弗伦(李等。, 2003[Li,Q.,Khosla,C.,Puglishi,J.D.&Liu,C.W.(2003).生物化学,42,4648-4657.])ACP和晶体结构不寻常的启动β-R1128聚酮双合成途径中的酮合酶(Pan等。2002年【潘·H、蔡·S·C、梅多斯·E·S·S·、米尔克·L·J·W·、基廷·克莱·A·T·、奥康奈尔·J·、科斯拉·C·和斯特劳德·R·M·(2002),《结构》,第10期,1559-1568页。】). 目前还没有聚酮II型酮还原酶的三维结构,也没有来自这些途径的任何其他下游酶。这个行为KR(29 kDa,261个氨基酸)是NADP(H)依赖性酶的短链脱氢酶/还原酶进化家族的成员,仅在人类基因组中就包含60多个基因(Jonvall等。, 1995【Jornvall,H.、Persson,B.、Krook,M.、Atrian,S.、Gonzalezduarte,R.、Jeffery,J.和Ghosh,D.(1995)。生物化学,34,6003-6013。】; 奥普曼等。, 2001[Oppermann,U.C.T.,Filling,C.&Jornvall,H.(2001).化学生物相互作用.130,699-705.], 2003【Oppermann,U.,Filling,C.,Hult,M.,Shafqat,N.,Wu,X.Q.,Lindh,M.、Shafqat,J.,Nordling,E.,Kallberg,Y.,Persson,B.&Jornvall,H.(2003).化学生物相互作用.143,247-253。】; 卡尔伯格等。2002年【Kallberg,Y.,Oppermann,U.,Jornvall,H.&Persson,B.(2002),《蛋白质科学》11,636-641.】).

2.材料和方法

2.1. 克隆和表达

这个腔色链霉菌actIIIORF5基因是通过PCR扩增从生物体中分离的基因组DNA中克隆出来的,使用的引物添加了Nde公司N末端的I限制位点和Hin公司dIII位于C终点站。酶切限制位点并将该基因首次连接到商业载体pET26b(Novagen)。在成功测序后,通过限制性内切酶将该基因从该非标记载体中切除,使用Nde公司我和Xho公司I(pET26b固有)。使用相同的限制性位点将基因插入质粒pET15b中,以掺入N-末端His6在N末端标记,这导致总共20个额外残留物(MGSSHHHHSSGLVPRGSH)。该质粒被转化为大肠杆菌菌株BL21(DE3)用于IPTG诱导表达。通过从LB琼脂平板(1 ml)接种单菌落产生培养物。这些前培养物在310 K下培养过夜。然后使用过夜培养物接种0.5–1 l LB液体培养基。它们在310 K下生长为A类595介于0.6和0.8之间。然后,通过添加IPTG至最终浓度1 m来诱导培养M(M)细胞在3×30 s内被超声波破坏。细胞碎片在6000℃离心去除30分钟后,通过以下步骤从细胞提取物中纯化出完全活性的酶亲和层析在镍上2+柱(Novagen)。含有KR的馏分被脱盐到缓冲液中A类(100米M(M)磷酸盐,10%甘油,pH 7.2),并储存在193 K。

将酮还原酶、NADPH(辅因子)和丙二酰辅酶A(底物)添加到PKS最小体系中进行活性测定。通常,该分析含有50µM(M)ACP,1µM(M)KS/CLF,10µM(M)韩国,0.1米M(M)DTT,2米M(M)EDTA,1米M(M)丙二酰辅酶A,2 mM(M)NADPH和10%甘油,用0.1 m缓冲M(M)千赫2人事军官4pH 7.3,最终体积为100µl。聚酮代谢物用乙酸乙酯萃取、冷冻干燥并溶解在甲醇中进行HPLC分析。使用诱变剂的存在来确认活性KR的存在。

2.2. 结晶和数据收集

将蛋白质浓缩至10 mg ml−150米M(M)pH值为8的磷酸盐缓冲液,含10%的甘油。与其他SDR结构的比较表明,酮还原酶寡聚态可能是四聚体。这是通过原生PAGE进行研究的(图1[链接]). 在没有NADPH的情况下,酶似乎以低聚物状态(四聚体、二聚体和单体)的混合物存在。在其他相同条件下向酶中添加NADPH会产生代表四聚体的紧带。NADP公司+因此,将其添加到浓缩蛋白中,从而降低磷酸盐浓度,并确保酶以完整形式和均匀低聚状态存在。用于结晶的母液含有5 mg ml−1蛋白质和5米M(M)NADP公司+25米M(M)pH值为8,10%的磷酸盐缓冲液(v(v)/v(v))甘油。使用稀疏矩阵筛网(MDL筛网I和II),在291 K下使用悬挂液滴蒸汽扩散确定结晶条件。从含4.0–4.4的孔中获得的晶体中收集数据M(M)甲酸钠和10%(v(v)/v(v))甘油在等体积的储液罐和母液混合后形成3µl的悬滴。这些晶体属于空间组 P(P)221,带单元间参数 = b条 = 103.9,c(c)= 123.1 Å,α=β= 90.0,γ= 120.0°. 将小的(0.1×0.05×0.05 mm)宝石晶体短暂转移到25%的低温保护剂中(v(v)/v(v))甘油和75%(v(v)/v(v))直接在氮气流中闪蒸冷却之前的井溶液。使用达累斯伯里实验室SRS 14.2号站的同步辐射在100 K下收集100%完成至2.5º分辨率的衍射数据(分辨率范围为20–2.5º的25 369次反射),并使用香港(HKL)2000(HKL Research Inc)(表1[链接]). 晶体中的溶剂含量表明不对称单元含有二聚体。与四聚体一致齐聚状态,这要求四聚体的双对称轴与双晶体轴一致,其余双对称轴为非晶体轴。

表1
衍射数据分析总结

“空间”组 六边形,P(P)221
单位-细胞参数(Ω,°) = 103.9,b条= 103.9,c(c)= 123.1,α=90,β=90,γ= 120
衍射体积(mm) 2.5×10−4
马修斯系数Da公司−1 3.3
溶剂含量(%) 62.5
非盟中的分子数量 2
收集的独特反射总数 174794
观测到的反射数(平均多重性) 26930 (6.5)
使用的波长(Ω) 0.97
分辨率范围(Ω) 20.0–2.4
观察到的最高分辨率外壳(Ω) 2.53–2.4
使用的最高分辨率外壳(Ω) 2.69–2.53
整体完整性达到2.53º(%) 100
所用最高分辨率外壳的完整性(%) 100
R(右)合并 0.073
R(右)合并对于使用的最高分辨率外壳 0.448
/σ()〉 20
[图1]
图1
酮还原酶的天然聚丙烯酰胺凝胶电泳分析。车道A类在pH为9的Tris缓冲液中显示17µl酮还原酶。车道B类显示同一缓冲液中17µl酮还原酶加上20 mM(M)NADPH公司。

致谢

作者要感谢David Hopwood天竺葵基因组DNA。

工具书类

第一次引用Crump,M.P.、Crosby,J.、Dempsey,C.E.、Parkinson,J.A.、Murray,M.、Hopwood,D.A.和Simpson,T.J.(1997)。生物化学,36, 6000–6008. 交叉参考 中国科学院 公共医学 科学网 谷歌学者
第一次引用Findlow,S.C.、Winsor,C.、Simpson,T.J.、Crosby,J.和Crump,M.P.(2003)。生物化学,42, 8423–8433. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用Fu,H.、Ebert-Khosla,S.、Hopwood,D.A.和Khosla、C.(1994年)。美国化学杂志。Soc公司。 116, 4166–4170. 交叉参考 中国科学院 科学网 谷歌学者
第一次引用Fu,H.、McDaniel,R.、Hopwood,D.A.和Khosla,C.(1994)).生物化学,33, 9321–9326. 交叉参考 中国科学院 公共医学 科学网 谷歌学者
第一次引用Fu,H.、McDaniel,R.、Hopwood,D.A.和Khosla,C.(1994)b条).化学。生物。 1, 205–210. 交叉参考 中国科学院 公共医学 谷歌学者
第一次引用霍普伍德·D.A.(1990)。每年。修订版Genet。 24, 37–66. 交叉参考 中国科学院 公共医学 谷歌学者
第一次引用Hopwood,D.A.(1997年)。化学。版次。 97,2465–2497交叉参考 公共医学 中国科学院 科学网 谷歌学者
第一次引用Jornvall,H.、Persson,B.、Krook,M.、Atrian,S.、Gonzalezduarte,R.、Jeffery,J.和Ghosh,D.(1995)。生物化学,34, 6003–6013. 交叉参考 中国科学院 公共医学 谷歌学者
第一次引用Kallberg,Y.、Oppermann,U.、Jornvall,H.和Persson,B.(2002年)。蛋白质科学。 11, 636–641. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用Li,Q.,Khosla,C.,Puglishi,J.D.&Liu,C.W.(2003)。生物化学,42, 4648–4657. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用McDaniel,R.、Ebert-Khosla,S.、Fu,H.、Hopwood,D.A.和Khosla(1994)。程序。美国国家科学院。科学。美国,91, 11542–11546. 交叉参考 中国科学院 公共医学 科学网 谷歌学者
第一次引用McDaniel,R.、Ebert-Khosla,S.、Hopwood,D.A.和Khosla(1995)。自然(伦敦),375,549–554页交叉参考 中国科学院 公共医学 科学网 谷歌学者
第一次引用Oppermann,U.、Filling,C.、Hult,M.、Shafqat,N.、Wu,X.Q.、Lindh,M.,Shafqat,J.、Nordling,E.、Kallberg,Y.、Persson,B.和Jornvall,H.(2003)。化学。生物相互作用。 143, 247–253. 科学网 交叉参考 公共医学 谷歌学者
第一次引用Oppermann,U.C.T.,Filling,C.&Jornvall,H.(2001)。化学。生物相互作用。 130, 699–705. 科学网 交叉参考 公共医学 谷歌学者
第一次引用Pan,H.、Tsai,S.C.、Meadows,E.S.、Miercke,L.J。W.、。,Keatinge-Clay,A.T.,O'Connell,J.,Khosla,C.&Stroud,R.M.(2002)。结构,10, 1559–1568. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用Staunton,J.和Weissman,K.J.(2001)。国家生产代表。 18, 380–416. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者

©国际结晶学联合会。如果引用了原文作者和来源,则无需事先获得许可即可复制本文中的简短引文、表格和数字。有关详细信息,请单击在这里.

期刊徽标结构性的
生物学
国际标准编号:2059-7983