Definieren von Substratspezifität für Lipase und Phospholipase-Kandidaten
Summary
Many predicted (phospho)lipases are poorly characterized with regard to their substrate specificities and physiological functions. Here we provide a protocol to optimize enzyme activities, search for natural substrates, and propose physiological functions for these enzymes.
Abstract
Mikroorganismen produzieren ein breites Spektrum von (phospho) Lipasen, die um sezerniert werden für den Organismus externe Substrate zur Verfügung zu stellen. Alternativ können andere (phospho) Lipasen physikalisch mit dem produzierenden Organismus verursacht einen Umsatz von intrinsischen Lipiden assoziiert sein können und häufig zu einem Remodeling der Zellmembranen führt. Obwohl Potential (phospho) Lipasen mit einer Anzahl von Algorithmen vorhergesagt werden, wenn das Gen / Protein-Sequenz verfügbar ist, experimentelle Nachweis der Enzymaktivitäten, Substratspezifitäten, und potentielle physiologische Funktionen ist häufig nicht erhalten werden. Dieses Manuskript beschreibt die Optimierung der Testbedingungen für Interessenten (phospho) Lipasen mit unbekannten Substratspezifität und wie diese optimierten Bedingungen bei der Suche nach dem natürlichen Substrat eines jeweiligen (phospho) Lipase zu verwenden. Mit künstlichen chromogene Substrate, wie p – Nitrophenyl – Derivate, kann dazu beitragen , eine kleinere zu erkennenenzymatische Aktivität für eine vorhergesagte (phospho) Lipase unter Standardbedingungen. Eine solche geringfügige enzymatische Aktivität angetroffen wird, können die unterschiedlichen Parameter einer Enzymassay, um einen effizienteren Hydrolyse des künstlichen Substrat zu erhalten, variiert werden. Nachdem die Bedingungen arbeitet ein Enzym gut unter denen sie festgestellt haben, sollte eine Vielzahl von potentiellen natürlichen Substrate für deren Abbau getestet werden, ein Prozess, der verschiedene chromatographische Methoden gefolgt Einsatz werden können. Die Definition von Substratspezifitäten für neue Enzyme, liefert oft Hypothesen für eine mögliche physiologische Rolle dieser Enzyme, die dann experimentell überprüft werden kann. Nach diesen Richtlinien, konnten wir eine Phospholipase C (SMc00171) , die Phosphatidylcholin, für den Umbau von Membranen in dem Bakterium Sinorhizobium meliloti auf phosphor limitierenden Bedingungen des Wachstums in einem entscheidenden Schritt phosphocholin und Diacylglycerin verschlechtert zu identifizieren. Für zwei vorhergesagten patatin-wie Phospholipasen (SMc00930 und SMc01003) des gleichen Organismus, könnten wir ihre Substratspezifität neu zu definieren und zu klären, dass SMc01003 ein Diacylglycerol Lipase ist.
Introduction
Glycerol-basierten Lipiden wie Triglyceriden und (glycero) Phospholipide sind wichtige und wohl die bekanntesten Lipidklassen 1. Triacylglycerolen (TAGs) sind Fette oder Öle, die üblicherweise als Speicherlipiden funktionieren und daher als potentielle Energie und Kohlenstoffquellen. TAGs können durch Lipasen abgebaut werden, die häufig durch den produzierenden Organismus ausgeschieden werden externe TAGs zu verdauen und sie als Kohlenstoffquellen zur Verfügung zu stellen. Auch wurden Lipasen weit über die Jahre studiert aufgrund ihrer wichtigen biotechnologischen Anwendungen 2.
Auf Grund ihrer amphiphilen Natur und ihrer nahezu zylindrischen Form, (glycero) Phospholipide weisen membranbildenden Eigenschaften und in der Regel die Hauptlipidkomponenten einer doppelschichtigen Membran 3 bilden. In einfachen Mikroorganismen wie dem Bakterium Escherichia coli, nur drei Hauptkopfgruppe Varianten, Phosphatidylglycerin (PG), Cardiolipin (CL) und phosphatidylethanolamine (PE) angetroffen werden , obwohl man sich bewusst sein sollte , dass jeder von ihnen kann 4 mit einer beträchtlichen Anzahl unterschiedlicher Fettacylketten an der sn – 1 oder sn – 2 – Position, die zu einer großen Anzahl von verschiedenen molekularen Spezies ersetzt werden . Andere Bakterien könnten haben andere Phospholipide zusätzlich oder statt. Zum Beispiel Sinorhizobium meliloti, ein Bodenbakterium, das mit der Leguminosen Luzerne (Medicago sativa) , um eine Stickstoff-fixierenden Knöllchen Symbiose zu bilden, enthält zusätzlich zu PE ein zweites zwitterionisches Phospholipid, Phosphatidylcholin (PC) 5 in der Lage ist. Auch Lipide nicht, die Phosphor oder Glycerin können amphiphile und bilden einen Teil der Zellmembran sein. Beispielsweise von Phosphor beschränkende Wachstumsbedingungen in S. meliloti, (glycero) Phospholipide sind weitgehend durch Membranlipide ersetzt , die nicht Phosphor enthalten, dh Sulfolipide, Ornithin Lipide und diacylglyceryl trimethylhomoserine (DGTS) 6. In Bakterien ist DGTS von Diacylglycerin (DAG) in einem zweistufigen Weg gebildet 7 , aber die Quelle für DAG Generation war nicht klar. Pulse-Chase – Experimente vorgeschlagen , dass PC ein Vorläufer für 8 DGTS sein könnte und mit Hilfe der Methodik in diesem Manuskript beschrieben wir eine Phospholipase C identifizieren konnte (PLCP, SMc00171) , die unter Phosphor einschränkenden Bedingungen gebildet wird , und die PC in DAG umwandeln und Phosphocholin 8.
In einer separaten Studie entdeckten wir , dass eine Acyl-CoA – Synthetase (FADD) defizienten Mutante von S. meliloti oder von Escherichia coli freien Fettsäuren akkumuliert , wenn 9 stationären Wachstumsphase eintritt. Obwohl diese Fettsäuren schienen von Membranlipiden abgeleitet werden, die genaue Quelle für die freien Fettsäuren oder die Enzym (e) zu befreien, sie waren nicht bekannt. Auch in diesem Manuskript die Strategie skizziert den Einsatz, zwei Patatin-like 10 (phospho) Lipasen (SMc00930 und SMc01003), die zur Bildung von freien Fettsäuren in S. beigetragen meliloti 11 vorhergesagt wurden. Überraschenderweise verwendet SMc01003 DAG als Substrat Umwandlung in Monoacylglycerin und schließlich 11 Glycerin und freien Fettsäuren. Daher ist SMc01003 eine DAG-Lipase (DGLA).
Obwohl eine Reihe von Algorithmen zur Vorhersage Potential (phospho) sind Lipasen 12,13, deren genaue Funktion und physiologische Rolle ist in der Regel nicht bekannt. Hier beschreiben wir ein Protokoll, zu klonen und überexprimiert vorhergesagt oder Potential (phospho) Lipasen. Diese Handschrift wird erläutert, wie Enzymassays können unter Verwendung von künstlichen chromogene Substrate für die überexprimiert (phospho) Lipase entwickelt und optimiert werden. Wir liefern Beispiele, wie mit einem optimierten Enzymtest die reale (phospho) Lipasesubstrats begegnet werden kann und wie diese Erkenntnisse könnten unser Verständnis der mikrobiellen Physiologie bereichern.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den letzten 20 Jahren haben die Genome vieler Organismen sequenziert worden, und obwohl eine Fülle von Daten Genomsequenz generiert wurde, ist funktionale Auslegung Rückstand und damit behindert unser Verständnis der Genomfunktion. Genfunktionen in Genomen basieren häufig auf Ähnlichkeit mit Genen bekannter Funktion oder Auftreten von konservierten Motive zugeordnet. Jedoch ist die genaue Funktion eines bestimmten Gens häufig nicht bekannt. Insbesondere vorhergesagte strukturelle Gene für Enzyme können nicht …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse aus Consejo Nacional de Ciencias y Tecnología-México (CONACyT-Mexico) (82.614, 153.998, 253.549 und 178.359 in Investigación Científica Básica sowie 118 in Investigación en Fronteras de la Ciencia) und von Dirección General de unterstützt Asuntos de Personal Académico-Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM DGAPA-; PAPIIT IN202616, IN203612).
Materials
| Chloroform | JT Baker | 9180-03 | TLC analysis & Lipid extraction |
| Methanol | JT Baker | 9070-03 | TLC analysis & Lipid extraction |
| Acetic Acid | JT Baker | 9507-05 | TLC analysis & Lipid extraction |
| Hexanes | JT Baker | 9309-02 | TLC analysis & Lipid extraction |
| Diethylether | Sigma | 32203 | Enzymatic assays |
| bidistilled water | ANY | NA | Enzymatic assays |
| Tris Base | Sigma | T-1503 | Enzymatic assays |
| HCl | Baker | 9535-02 | Enzymatic assays |
| NaCl | Baker | 3624-01 | Enzymatic assays |
| Triton X-100 | Sigma | X-100 | Enzymatic assays |
| LB broth | ANY | NA | Bacterial growth, 10g tryptone + 5g yeast extract + 10g NaCl per liter of bidistilled water |
| tryptone | Becton Dickinson and Company | 211705 | Bacterial growth |
| yeast extract | Becton Dickinson and Company | 212750 | Bacterial growth |
| TY broth | ANY | NA | Bacterial growth, 8g tryptone + 3g yeast extract + 66mg CaCl2 2 H20 per liter of bidistilled water |
| CaCl2 2 H2O | Baker | 1332-01 | Enzymatic assays |
| isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) | Invitrogen | 15529-019 | Bacterial growth |
| Diethanolamine | Sigma | D-8885 | Enzymatic assays |
| MnCl2 | Sigma | 221279 | Enzymatic assays |
| Phospholipase A2 snake venom | Sigma | P0790 | Enzymatic assays |
| Phospholipase C Clostridium perfingrens | Sigma | P7633 | Enzymatic assays |
| Bis-p-nitrophenyl phosphate | Sigma | 07422AH | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl stearate | Sigma | N3627 | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl dodecanoate | Sigma | 61716 | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl decanoate | Sigma | N0252 | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl palmitate | Sigma | N2752 | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl butyrate | Sigma | N9876 | Enzymatic assays |
| p-nitrophenyl octanoate | Sigma | 21742 | Enzymatic assays |
| Acetic Acid, sodium salt [1-14C] | Perkin Elmer | NEC084 | Bacterial growth |
| dimethylsulfoxide (DMSO) | JT Baker | 9224-01 | Enzymatic assays |
| Aluminium HPTLC silica gel 60 plates. Silica gel HPTLC plates size 20 x 20 cm, 25 sheets. | Merck | 105547 | TLC analysis & Lipid extraction |
| Spectrometer UV/VIS Lambda 35 | Perkin Elmer | NA | Enzymatic assays |
| Storm 820 Phosphorimager | Molecular Dynamics | NA | Photostimulable Luminescence scanner |
| Multipurpose Scintillation Counter | Beckman Coulter | NA | Radioactivity Quantification |
| French Pressure Cell | ThermoSpectronic | NA | Breakage of cells |
| chromatography paper 3MM Chr | Whatman | 3030917 | TLC analysis |
| Sinorhizobium meliloti 1021our | reference 34 | studied strain | |
| Escherichia coli BL21 (DE3) pLysS Competent cells | Novagen | 69451 | protein expression strain |
| pET9a vector | Novagen | 69431 | protein expression vector |
| pET17b vector | Novagen | 69663 | protein expression vector |
| sterile polystyrene round-bottom tube (14 ml) Falcon | Becton Dickinson | 352057 | radiolabeling of bacterial cultures |
| polypropylene microcentrifuge tubes (1.5 ml) | Eppendorf | 30125.15 | Enzymatic assays |
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycerol | Sigma | D9135 | lipid standard |
| L-α-phosphatidylcholine, dipalmitoyl | Sigma | P6267 | lipid standard |
| DL-α-monopalmitin | Sigma | M1640 | lipid standard |
| palmitic acid | Sigma | P0500 | lipid standard |
Referências
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