Summary

リパーゼ及びホスホリパーゼ候補者のための基質特異性を定義します

Published: November 23, 2016
doi:

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

微生物は、生物のための外部の基板を利用できるようにするために分泌される(ホスホ)リパーゼの広いスペクトルを生成します。代替的に、他の(ホスホ)リパーゼは、物理的に産生する生物は、内因性の脂質の代謝回転を引き起こし、しばしば細胞膜のリモデリングを生じると関連付けることができます。電位(ホスホ)リパーゼは、遺伝子/タンパク質配列が利用可能である多くのアルゴリズムを用いて予測することができますが、酵素活性、基質特異性、および潜在的な生理機能の実験的証明は頻繁に得られていません。本稿では、未知の基質特異性とどのようにそれぞれの(ホスホ)リパーゼの天然基質の検索でこれらの最適化された条件を採用することで将来の(ホスホ)リパーゼのためのアッセイ条件の最適化について説明します。このようなp個の -nitrophenyl誘導体のような人工的な発色基質を、使用して、マイナーを検出するのを助けることができます標準的な条件下での予測(ホスホ)リパーゼのための酵素活性。このようなマイナーな酵素活性を検出しましたが、酵素アッセイの異なるパラメータは、人工基質のより効率的な加水分解を得るために変えることができます。酵素がうまく機能する条件を決定した後、潜在自然種々の基材は、その分解、明確なクロマトグラフィー法を用いて追跡することができるプロセスについてアッセイされるべきです。新しい酵素の基質特異性の定義は、頻繁にして実験的に試験することができ、これらの酵素の潜在的な生理的役割のための仮説を提供します。これらのガイドラインに続いて、我々は成長のリン制限条件に菌シノリゾビウム・メリロッティ内膜のリモデリングのための重要なステップで、ホスホコリンおよびジアシルグリセロールするホスファチジルコリンを分解するホスホリパーゼC(SMc00171)を識別することができました。 2についてpatatin-を予測同じ生物のホスホリパーゼ(SMc00930とSMc01003)のように、我々はそれらの基質特異性を再定義し、SMc01003は、ジアシルグリセロールリパーゼであることを明らかにすることができました。

Introduction

このようなトリアシルグリセロールおよび(グリセロ)リン脂質のグリセロールベースの脂質は、重要な、おそらく最もよく知られている脂質クラス1を構成しています。トリアシルグリセロール(タグは)したがって、ポテンシャルエネルギーや炭素源として油脂、通常、貯蔵脂質として機能する、としています。タグは、頻繁に外部タグを消化し、炭素源としてそれらを使用できるようにするために産生する生物によって分泌されるリパーゼによって分解することができます。また、リパーゼは広く、それらの重要なバイオテクノロジー用途2に長年にわたって研究されてきました。

それらの両親媒性の性質とその近円筒形状、(グリセロ)リン脂質を呈する膜形成特性と、通常二層膜3の主要な脂質成分を構成します。このような細菌、大腸菌 、3つだけの主要な頭部基変種、ホスファチジルグリセロール(PG)、カルジオリピン(CL)、およびphosphatidのような単純な微生物では、一つは、それらの一つ一つがかなりのSNで異なる脂肪酸アシル鎖の数-1またはSNで置換することができることに注意する必要がありますが、ylethanolamine(PE)は、検出された-2位置が異なる分子種4の多数を生じさせます。他の細菌は、他のリン脂質に加えて、またはその代わりを持っている可能性があります。例えば、マメ科植物アルファルファ( アルファルファ )と窒素固定根粒共生を形成することが可能であるシノリゾビウム・メリロティ 、土壌細菌は、第二の両性イオン性リン脂質をPEに加えて含んで、ホスファチジルコリン(PC)5。また、リンまたはグリセロールを含まない脂質は両親媒性であると細胞膜の一部を形成するかもしれません。例えば、リン制限増殖条件時、S.メリロティは 、(グリセロ)リン脂質は、主としてリンを含まない膜脂質、 すなわち、スルホ脂質、オルニチン脂質、およびdiacylglyceryl trimethylhoによって置き換えられていますmoserine(DGTS)6。細菌では、DGTSは2段階経路7にジアシルグリセロール(DAG)から形成されたが、DAGの生成のためのソースが明確ではなかったされています。パルスチェイス実験は、PCは、我々はリン制限条件下で形成され、DAGとホスホコリンにPCを変換できるC(PLCP、SMc00171)ホスホリパーゼを識別することができDGTS 8の前駆体であることと、この原稿に記載の方法を用いて、可能性を示唆しました8。

別の研究では、我々はそのアシルCoAシンテターゼ(FADD)Sの欠損変異体を発見しました成長9の定常期に入るとき根粒かの大腸菌は、遊離脂肪酸を蓄積しました。これらの脂肪酸は、膜脂質に由来すると思われたが、遊離脂肪酸またはそれらの遊離酵素(群)の正確な供給源が知られていませんでした。ここでも、(、2パタチンのような10(ホスホ)リパーゼを、この原稿で概説した戦略を採用S.中の遊離脂肪酸の形成に寄与しSMc00930とSMc01003) 根粒 11は、予測されました。驚くべきことに、SMc01003は、モノアシルグリセロール、最終的にはグリセロールと遊離脂肪酸11に変換する基板としてDAGを使用しました。したがって、SMc01003はDAGリパーゼ(DGLA)です。

アルゴリズムの数を潜在的(リン)を予測するために存在するが12,13は 、リパーゼ、それらの正確な機能と生理的役割は、通常知られていません。ここでは、クローンを作成する、プロトコルの概要を説明し、予測又は電位(ホスホ)リパーゼを過剰発現します。この原稿は、酵素アッセイを開発し、人工的な発色基質を使用することにより過剰発現(ホスホ)リパーゼのために最適化する方法について説明します。私たちは、最適化された酵素アッセイで、実際の(ホスホ)リパーゼ基質に遭遇することができ、どのようにこれらの知見は、微生物生理学の我々の理解を豊かにする方法の例を提供します。

Protocol

予測リパーゼ1.クローンおよび過剰発現する構造遺伝子ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)14と特異的オリゴヌクレオチド( 表1)15 を用いて、目的の遺伝子(smc01003、smc00930、またはsmc00171)を増幅、宿主生物( すなわち、ゲノムDNAから、リパーゼ又はホスホリパーゼをコードすると予測さ、S.メリロティ )。 <…

Representative Results

ビス のp -nitrophenylリン酸 とPC固有ホスホリパーゼC SMc00171の活動 E.から得られた無細胞抽出物大腸菌 BL21(DE3)をsmc00171が発現していたpLysSをし、xは、 形成されたp -NPを測定し、分光光度酵素アッセイを用いて、ビスのp</em…

Discussion

過去20年間、多くの生物のゲノムが配列決定されており、ゲノム配列データの富が生成されているが、機能的な解釈が遅れ、したがって、ゲノム機能の理解を妨げています。ゲノム中の遺伝子の機能は、多くの場合、既知の機能または保存されたモチーフの発生の遺伝子との類似性に基づいて割り当てられます。しかし、所定の遺伝子の正確な機能はしばしば知られていません。特に、酵素?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、(InvestigaciónエンFronterasのデ・ラ・CienciaでInvestigaciónCientíficaBASICAで82614、153998、253549、および178359だけでなく、118)とDirección一般デからConsejoナショナルデCienciasのyTecnología・メキシコ(CONACyT-メキシコ)からの助成金によってサポートされていましたAsuntosデパーソナルAcadémico-ナショナル大学自治・デ・メヒコ(DGAPA-UNAM; 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

References

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Sahonero-Canavesi, D. X., Zavaleta-Pastor, M., Martínez-Aguilar, L., López-Lara, I. M., Geiger, O. Defining Substrate Specificities for Lipase and Phospholipase Candidates. J. Vis. Exp. (117), e54613, doi:10.3791/54613 (2016).

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