Anaërobe EiwitReiniging en kinetische analyse via zuurstof-elektrode voor het bestuderen van de activiteit van de DesB Dioxygenase en inhibitie

Enzymen die gebruik maken van ijzer of andere metalen te activeren van zuurstof zijn vaak gevoelig voor inactivering tijdens het zuiveringsproces vanwege hun verwijdering uit de vermindering omgeving van een cel. Daarom deze eiwitten als cel lysates moeten worden gebruikt, onderworpen aan externe reductoren of anaëroob gezuiverd worden om ervoor te zorgen dat zij optimaal enzymatische activiteit^1,2,3,4. Voor deze enzymen die is zuurstof-gevoelige (specifiek ijzer-bevattende enzymen), uitvoeren van alle stappen voor de zuivering en karakterisering met behoud van anaërobe omstandigheden noodzakelijk om hen volledig te karakteriseren. Dit heeft ertoe geleid dat onderzoekers te ontwikkelen volledige laboratorium set-ups binnen de grenzen van anaërobe kamers voor studies variërend van eiwit expressie t/m kristallografie^5,6,7,8 .

Hierin, rapporteren we methodes voor de anaërobe zuivering en kinetische karakterisering van het enzym DesB met behulp van een zuurstof-elektrode-systeem. DesB is een gallate dioxygenase van de bacterie Sphingobium sp. strain Unnethes-6, die betrekking heeft op LigAB, een dioxygenase van de protocatecuate van het hetzelfde organisme. Beide enzymen behoren tot het type II protocatechuate dioxygenase (PCAD) superfamilie die heeft niet uitvoerig bestudeerd tot en met datum⁹, waarschijnlijk deels te wijten aan enzymen van deze superfamilie wordt gevoelig voor inactivering wanneer gereinigd met behulp van standaard aërobe Eiwit zuivering methoden. Aangezien sommigen van de PCAD enzymen substraat promiscuïteit, tonen terwijl anderen substraat-specifieke^2,10, verdere is karakterisering van deze superfamilie nodig om te identificeren specificiteit determinanten. Zoals geconstateerd in verschillende enzym superfamilies^{11,12,13,14,15}, kunnen kleine molecules activiteit via directe competitieve remming of de binding van wijzigen moleculen om te scheiden allosteric zakken waardoor een toename of afname van enzymatische activiteit¹⁶. Kinetiek alleen kan niet de locatie van de binding van een modulator differentiëren, bepaling van de omvang van een activiteit wijzigen is belangrijk voor het begrijpen van de effecten. Als dergelijke, methoden voor kinetische karakterisering van inheemse DesB activiteit en de activiteit in aanwezigheid van 4-nitrocatechol (4NC), een verbinding die vaak gebruikt om te karakteriseren en remmen dioxygenase enzymen^{2,17, 18}, worden weergegeven.

DesB is in staat te breken gallaat, een aromatische lignine afkomstige samengestelde, via een extradiol dioxygenase (EDO) reactie in die ring opening wordt gekatalyseerd met behulp van zuurstof als één van de substraten^10,19. Deze enzymatische reactie treedt op binnen de context van de afbraak van lignine, een aromatische heteropolymer gevonden in de celwand van planten. Lignine kan worden depolymerized, opbrengst van een verscheidenheid aan aromatische verbindingen die kan worden verder onderverdeeld in Centraal metabolieten^{3,20,21,22,23,24 ,25,26,27,28,29,30,31,32,33} . Extradiol dioxygenases (EDO) katalyseren een reactie op dihydroxylated aromatische verbindingen, waar decollete grenzend aan een metaal-gecoördineerd diol voorkomt; openen ring in tegenstelling, klieven intradiol dioxygenases analoog aromatische verbindingen tussen de twee hydroxylgroepen (Figuur 1). EDOs, zoals veel andere metalloenzymes, hebben een divalente metalen center voor coördinerende Fe(II) samengesteld uit een twee-histidine, één-carboxylaat triade^9,34,35. Deze metalloenzymes worden geoxideerd, via autoxidation of mechanisme gebaseerde inactivatie, overwegende dat het enzym inactief^2,36,37,38wordt weergegeven.

In de experimentele procedures die worden beschreven in dit manuscript, gebruiken we DesB, een lid van de PCAD-superfamilie van de bacterie Sphingobium sp. Unnethes-6, te katalyseren van de toevoeging van zuurstof in de C4-C5-band van gallate (figuur 2A). De regiochemistry van deze splitsing is analoog aan LigAB, een protocatechuate-4,5-dioxygenase (figuur 2B). Onderzoek van deze gallate dioxygenase omvatten tot nu toe geen meldingen van stoffen die een remmende werking DesB^10,19,39. Met het gebruik van aërobe zuivering methoden tentoongesteld DesB variabele activiteit, terwijl met het gebruik van anaerobe methoden konden we consequent krijgen eiwit met reproduceerbare activiteit. De kinetische studies beschreven hier tonen de methoden voor anaërobe zuivering van DesB, kinetische karakterisering van de reactie van DesB met gallate en de remming van DesB door 4-nitrocatechol (4NC).