Физико-химические свойства мутантных форм L-аспарагиназы из Rhodospirillum rubrum, обладающих антителомеразной активностью

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf html html (English)
Опубликован: Feb 13, 2019
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00071
Ключевые слова:
L-аспарагиназа Rhodospirillum rubrum; сайт-направленный мутагенез; физико-химические свойства

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

М.В. Покровская
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
С.С. Александрова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
А.В. Веселовский
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
Д.Д. Жданов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10; Российский университет дружбы народов, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая 6
В.С. Покровский
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10; Российский университет дружбы народов, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая 6
М.А. Эльдаров
ФИЦ Биотехнологии РАН, 119071, Москва, Ленинский проспект 33, стр. 2
Д.В. Гришин
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
Ю.А. Гладилина
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
И.Ю. Торопыгин
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10
Н.Н. Соколов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, ул. Погодинская 10

Аннотация

Белок Rru_A3730, известный как бактериальная L-аспарагиназа Rhodospirillum rubrum, представляет интерес в качестве потенциального противоопухолевого средства, особенно её варианты с точечными аминокислотными заменами в районе 150 аминокислотного остатка (а.к.о.): RrA17N, K149E, RrAE149R, V150P, F151T, RrА17N, E149R, V150P, RrAE149R, V150P, обладающие не только антипролиферативными свойствами, но и способностью подавлять активность теломеразы. Данная работа посвящена сравнению физико-химических и каталитических свойств этих мутантных форм RrA. Показано, что для всех изученных вариантов RrA рН оптимум находится в щелочной зоне (8.5 – 9.3); L-глутаминазная и D-аспарагиназная активность составляют, соответственно, не более 0.1% и 1.6% от L-аспарагиназной. Присутствие 17N-концевой аминокислотной последовательности MASMTGGQQMGRGSSRQ капсидного белка бактериофага Т7 в структуре RrA приводит к повышению термостабильности мутантных аналогов RrA (от 50°С до 56°С) и их устойчивости к денатурации в присутствии 3 – 4 М мочевины. Выявлен разнонаправленный эффект ионов металлов на L-аспарагиназную активность вариантов RrA: ионы K+, Ca2+, Zn2+, Cs+, Co2+ существенно не влияют на активность L-аспарагиназы, добавление ионов Mn2+, Cu2+, Fe3+ приводит к снижению активности. Не обнаружено корреляции между антителомеразной (антипролиферативной) активностью и кинетическими свойствами мутантных форм L-аспарагиназы RrA.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Покровская M., Александрова S., Веселовский A., Жданов D., Покровский V., Эльдаров M., Гришин D., Гладилина Y., Торопыгин I., & Соколов N. (2019). Физико-химические свойства мутантных форм L-аспарагиназы из Rhodospirillum rubrum, обладающих антителомеразной активностью. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 2(1), e00071. https://doi.org/10.18097/BMCRM00071
Выпуск
Том 2 № 1 (2019)
Раздел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Библиографические ссылки

  1. Hill, J. M., Roberts, J. E., Loeb, E., Khan, A., MacLellan, A., Hill, R. W. (1967). L-asparaginase therapy for leukemia and other malignant neoplasms. Remission in human leukemia. J. Amer. Med. Ass., 202(9), 882–888.
  2. Oettgen, H. F., Old, L. J., Boyse, E. A., Campbell, H. A., Phillips, F. S., Clarkon, B. D., Tallal, L., Leeper, R.D., Schwartz, M.K., Kim, L.H. (1967). Inhibition of leukemias in man by L-asparaginase. Cancer Res., 27(12), 2619–2631.
  3. Lazarus, H., McCoy, T. A., Farber, S., Barell, E. F., Foley, G. E. (1969). Nutritional requirements of human leukemic cells. Asparagine requirements and the effect of L-asparaginase. Exp. Сell Res., 57, 134 – 138.
  4. . Ueno, T., Ohtawa, K., Mitsui, K., Kodera, Y., Hiroto, M., Matsushima, A., Inada, Y., Nishimura, H. (1997). Cell cycle arrest and apoptosis of leukemia cells induced by L-asparaginase. Leukemia, 11, 1858–1861.
  5. Ollenschläger, G., Roth, E., Linkesch, W., Jansen, S., Simmel, A., Mödder, B. (1988). Asparaginase-induced derangements of glutamine metabolism: the pathogenetic basis for some drug-related side-effects. Eur. J. Clin Invest., 18(5), 512–516.
  6. Offman, M. N., Krol, M., Patel, N., Krishnan, S., Liu, J., Saha, V., Bates, P. A. (2011). Rational engineering of L-asparaginase reveals importance of dual activity for cancer cell toxicity. Blood, 117(5), 1614–1621. DOI
  7. Blackburn E.H. (2000). Telomere states and cell fates. Nature, 408 (6808), 53–56. DOI
  8. Kim N. W., Piatyszek M. A., Prowse K. R., Harley C. B., West M. D., Ho P. L. C., Oviello G. M., Wright W. E., Weinrich S. L., Shay J. W. (1994). Specific association of human telomerase activity with immortal cells and cancer. Science, 266 (5193), 2011–2015.
  9. Marian C.O., Cho S.K., McEllin B.M., Maher E.A., Hatanpaa K.J., Madden C.J. Mickey B.E., Wright W.E., Shay J.W., Bachoo R.M. (2010). The telomerase antagonist, imetelstat, efficiently targets glioblastoma tumor-initiating cells leading to decreased proliferation and tumor growth. Clin. Cancer Res., 16(1), 154–163. DOI
  10. Pokrovskaya, M. V., Pokrovsky, V. S., Aleksandrova, S. S., Anisimova, N. I., Adrianov, R. M., Treshchalina, E. M., Ponomarev, G. V., Sokolov, N. N. (2012). Recombinant intracellular Rhodospirillum rubrum L-asparaginase with low L-glutaminase activity and antiproliferative effect. Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry, 6 (2), 123–131. DOI
  11. Studier, F. W., Moffatt, B. A. (1986). Use of bacteriophage T7 RNA polymerase to direct selective high-level expression of cloned genes. J. Mol.Biol., 189(1), 113–130.
  12. Pokrovskaya, M. V., Aleksandrova, S. S., Pokrovsky,V. S., Veselovsky, A.V., Grishin, D. V., Abakumova, O. Yu., Podobed, O. V., Mishin, A. A., Zhdanov, D. D., Sokolov, N. N. (2015). Identification of Functional Regions in the Rhodospirillum rubrum L-Asparaginase by Site-Directed Mutagenesis. Molecular Biotechnology. Mol. Biotechnol., 57(3), 251–264. DOI
  13. Pokrovsky,V.S., Anisimova, N.Yu., Pokrovskaya, M.V., Alexandrova, S.S., Sokolov, N.N., Treschalina, E.M. Antiproliferative activity of recombinant l-asparaginase Rhodospirillum rubrum. J. of N. N. Blokhin RCRC 4(22)24-31.
  14. Pokrovskaya, M. V., Zhdanov, D. D., Eldarov, М. А., Aleksandrova, S. S., Veselovsky, A. V., Pokrovsky, V. S., Grishin, D. V., Gladilina, Y. А., Sokolov, N. N. (2017). Suppression of telomerase activity in leukemic cells by mutant forms of Rhodospirillum rubrum L-asparaginase. Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry, 11(3), 219–233. DOI
  15. Sanger, F., Nicklen, S., Coulson, A. R. (1977). DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74(12), 5463–5467.
  16. Sedmak, J. J., Grossberg, S. E. (1977) A rapid, sensitive, and versatile assay for protein using coomassie brilliant blue G250. Anal. Biochem., 79(1), 544–552.
  17. Laemmli, U.K. (1970) Cleavage of Structural Proteins During the Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature, 227, 680–685.
  18. Wriston, J. C., Yellin, T. O. (1973). L-Asparaginase: a review. Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology. Adv. Enzymol. 39, 185–248.
  19. Gaffar, S. A., Shethna, Y. I. (1977). Purification and some biological properties of asparaginase from Azotobacter vinelandii. App. and Environmental Microbiol., 33(3), 508–514.
  20. Maggi, M., Chiarelli, L. R., Valentini, G., Scotti, C. (2015). Engineering of Helicobacter pylori L-Asparaginase: Characterization of Two Functionally Distinct Groups of Mutant. PLoS One 10(2); e0117025. DOI
  21. Derst, C., Henseling, J., Rohm, K. H. (2000). Engineering the substrate specificity of Escherichia coli asparaginase. Selective reduction of glutaminase activity by amino acid replacements at position 248. Protein Sci. 9(10), 2009–2017. DOI
  22. Distasio, J. A., Salazar, A. M., Nadji, M., Durden, D. L. (1982). Glutaminase-free asparaginase from vibrio succinogenes: an antilymphoma enzyme lacking hepatotoxicity. Int. J. Cancer. 30(3), 343–347.
  23. Goswami, R., Hegde, K., Veeranki, D. V. (2014) Batch, Fed Batch Producnion and Characterization of Glutaminase free L-Asparaginase 11 of Pectobacterium carotovorum MTCC1428 in Esherichia coli. Adv. Microbiology, 4(10), 667–680. DOI
  24. Bansal, S., Gnaneswari, D., Mishra, P., Kundu, B. (2010) Structural stability and functional analysis of L-asparaginase from Pyrococcus furiosus. Biochemistry (Moscow), 75(3), 375–381.
  25. Pokrovsky, V.S., Pokrovskaia, M.V., Aleksandrova, S.S., Andrianov, R.M., Zhdanov, D.D., Omel'ianiuk, N.M., Treshchalina, E,M,, Sokolov, N.N. (2013). Physico-chemical properties and antiproliferative activity of recombinant Yersinia pseudotuberculosis L-asparaginase. Prikl. Biokhim. Mikrobiol. 49(1), 24-28.
  26. Jia, M., Xu, M., He, B., Rao, Z. (2013). Cloning, expression and characterization of L-asparaginase from a newly isolated Bacillus subtilis B11-06. J. Agric. Food Chem. 61, 9428–9434. DOI
  27. Libinson, G. S., Mikhalev, A. V. (1976). Relationship betweenthe magnitude of Km and pH for L-asparaginase. Biochemistry, 41(1), 149–152.
  28. Moreno-Enriquez, A., Evangelista-Martinez, Z., Gonzalez-Mondragon, E. G., Calderon-Flores, A., Arreguin, R., Perez-Ruedas, E., Huerta-Saquero, A. (2012). Biochemical Characterization of Recombinant L-Asparaginase (AnsA) from Rhizobium etli, a Member of an Increasing Rhizobial-Type Family of L-Asparaginases. J. Microbiol. Biotechnol., 22(3), 292–300.
  29. Mahajan, R. V., Kumar, V., Rajendran, V., Saran, S., Ghosh, P. C., Saxena, R. K. Purification and characterization of a novel and robust L-asparaginase having low-glutaminase activity from Bacillus licheniformis: in vitro evaluation of anti-cancerous properties. (2014). Plos One, 9(6) e99037.
  30. Borek, D., Kozak, M., Pei, J., Jaskolski, M. (2014). Producnion and characterization of glutaminase free L-Asparaginase 11 of Pectobacterium carotovorum MTCC1428 in Esherichia coli. FEBS Journal Special Issue: Celebrating the International Year of Crystallography, 281(18), 4097–4111. DOI
  31. Hethey, J., Lai J., Loutet, S., Martin, M., Vincent, T. (2002). Effects of Tricine, Glycine and Tris Buffers on Alkaline Phosphatase Activity. J. Exp. Microbiology and Immunology, 2, 33–38.
  32. Gervais, D., Foote, N. (2014). Recombinant deamidated mutants of Erwinia chrysanthemi L-asparaginase have similar or increased activity compared to wild-type enzyme. Mol. Biotechnol., 56(10), 865–877. DOI
  33. Sanches, M, Krauchenco, S., Polikarpov, I. (2007). Structure, substrate complexation and reaction mechanism of bacterial asparaginases. Current Chemical Biology, 1(1), 75–86. DOI
  34. Cedar, H., Schwartz, J. H. (1968). Localization of the two L-asparaginases in anaerobically grown Escherichia coli. J. Biol. Chem., 242, 3753–3755.