Biopolym. Cell. 2020; 36(5):329-340.
Структура та функції біополімерів
Виділення та характеристика мутантної форми N-кінцевого каталітичного модуля тирозил-тРНК синтетази Bos taurus з заміною Trp 40 та Trp 283 на аланін
1Заєць В. М., 1Ложко Д. М., 2Цуварєв О. Ю., 1Коломієць Л. А., 2Зуб П. Е., 1Корнелюк О. І.
- Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143 - Інститут високих технологій,
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
пр. Академіка Глушкова 2, кор. 5, Київ, Україна, 03022
Abstract
Мета. Отримання мутантної однотриптофанової форми N-кінцевого каталітичного модуля тирозил-тРНК синтетази Bos taurus (міні TyrRS) для моніторингу локальних конформаційних змін методом флуоресцентної спектроскопії. Методи. Бактеріальна експресія, метал-хелатуюча хроматографія, гель-електрофорез, флуоресцентна спектроскопія, комп’ютерне моделювання. Результати. Проведено заміну двох триптофанових кодонів кодонами аланіна в кДНК, що кодує міні BtTyrRS. Ці мутації не впливають на синтез та розчинність міні BtTyrRS в штамі E. coli BL21 (DE3) pLysE. Кількість розчинної форми мутантної міні BtTyrRS в цитоплазмі бактеріальних клітин при інкубації бактеріальної культури при 25 ° С становило близько 47% від загальної кількості рекомбінантного білка. Комп`ютерне моделювання та флуоресцентне дослідження однотриптофанової форми міні BtTyrRS показало, що залишок Trp 87 локалізований в області димеризації субодиниць ферменту. Характеристики флуоресценції триптофану мутантного міні BtTyrRS вказують на те, що Trp 87 локалізований в іммобілізованому мікросередовищі інтерфейсу димера. Висновки. Встановлено оптимальні умови бактеріальної експресії мутантної форми міні BtTyrRS, що містить Trp 87, в культурі бактерій E. coli штаму BL21 (DE3) pLysE. Trp 87-вмісна форма міні BtTyrRS може бути використана для моніторингу локальних конформаційних змін в інтерфейсі димера фермента.
Keywords: тирозил-тРНК синтетаза, міні TyrRS, бактеріальна експресія, флуоресцентна спектроскопія, комп’ютерне моделювання
Повний текст: (PDF, англійською)
References
[1]
Pang YL, Poruri K, Martinis SA. tRNA synthetase: tRNA aminoacylation and beyond. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2014;5(4):461-80.
[2]
Kornelyuk AI. Structural and functional investigation of mammalian tyrosyl-tRNA synthetase. Biopolym Cell. 1998; 14(4):349–59.
[3]
Korneliuk AI, Kurochkin IV, Matsuka GKh. Tirozil-tRNK-sintetaza iz pecheni byka. Vydelenie i fiziko-khimicheskie svoĭstva [Tyrosyl-tRNA synthetase from the bovine liver. Isolation and physico-chemical properties]. Mol Biol (Mosk). 1988;22(1):176-86. Russian.
[4]
Gnatenko DV, Korneliuk AI, Kurochkin IV, Ribkinska TA, Matsuka GKh. Vydelenie i kharkteristkia funktsional'no aktivnoĭ proteoliticheski modifitsirovannoĭ formy tirozil-tRNK-sintetazy iz pecheni byka [Isolation and characteristics of functionally active proteolytically modified forms of tyrosyl-tRNA synthetase from bovine liver]. Ukr Biokhim Zh (1978). 1991;63(4):61-7. Russian.
[5]
Kornelyuk AI, Tas MPR, Dubrovsky AL, Murray JC. Cytokine activity of the non-catalytic EMAP-2-like domain of mammalian tyrosyl-tRNA synthetase. Biopolym Cell. 1999;15(2):168-72.
[6]
Levanets OV, Naidenov VG, Odynets KA, Woodmaska MI, Matsuka GKh, Kornelyuk AI. Homology of C-terminal non-catalytic domain of mammalian tyrosyl-tRNA synthetase with cylokine EMAP II and non-catalytic domains of methionyl- and phenylalanyl-tRNA synthetases. Biopolym Cell. 1997;13(6):474-478.
[7]
Wakasugi K, Schimmel P. Highly differentiated motifs responsible for two cytokine activities of a split human tRNA synthetase. J Biol Chem. 1999;274(33):23155-9.
[8]
Guo M, Schimmel P. Essential nontranslational functions of tRNA synthetases. Nat Chem Biol. 2013;9(3):145-53.
[9]
Kondratyuk Yu, Babarik M, Sidorik L, Kornelyuk O. Optimization of the process of biosynthesis of the catalytic module of mammalian tyrosyl-tRNA synthetase and its research by immunochemical methods. Bull Kyiv Taras Shevchenko Natl Univ, Biol ser. 2010; 56: 33–5.
[10]
Zayets VN, Tsuvarev AYu, Kolomiiets LA, Korneliuk AI. Site-directed mutagenesis of tryptophan residues in the structure of the catalytic module of Tyrosyl-tRNA Synthetase from Bos taurus. Cytol Genet. 2019;53(3):219–26.
[11]
Sahdev S, Khattar SK, Saini KS. Production of active eukaryotic proteins through bacterial expression systems: a review of the existing biotechnology strategies. Mol Cell Biochem. 2008;307(1-2):249-64.
[12]
Rosano GL, Ceccarelli EA. Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and challenges. Front Microbiol. 2014;5:172.
[13]
Joseph BC, Pichaimuthu S, Srimeenakshi S, Murthy M, Selvakumar K, Ganesan M, Manjunath SR. An overview of the parameters for recombinant protein expression in Escherichia coli. J Cell Sci Ther. 2015; 6(5)
[14]
Inoue H, Nojima H, Okayama H. High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Gene. 1990;96(1):23-8.
[15]
Sambrook J, Fritsch T, Manniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2th ed. New York: “Cold Spring Harbor Laboratory Press”, 1989.
[16]
Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-5.
[17]
Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Couch GS, Greenblatt DM, Meng EC, Ferrin TE. UCSF Chimera--a visualization system for exploratory research and analysis. J Comput Chem. 2004;25(13):1605-12.
[18]
Waterhouse A, Bertoni M, Bienert S, Studer G, Tauriello G, Gumienny R, Heer FT, de Beer TAP, Rempfer C, Bordoli L, Lepore R, Schwede T. SWISS-MODEL: homology modelling of protein structures and complexes. Nucleic Acids Res. 2018;46(W1):W296-W303.
[19]
Xu D, Zhang Y. Improving the physical realism and structural accuracy of protein models by a two-step atomic-level energy minimization. Biophys J. 2011;101(10):2525-34.
[20]
Chen VB, Arendall WB 3rd, Headd JJ, Keedy DA, Immormino RM, Kapral GJ, Murray LW, Richardson JS, Richardson DC. MolProbity: all-atom structure validation for macromolecular crystallography. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2010;66(Pt 1):12-21.
[21]
Reshetnyak YK, Burstein EA. Decomposition of protein tryptophan fluorescence spectra into log-normal components. II. The statistical proof of discreteness of tryptophan classes in proteins. Biophys J. 2001;81(3):1710-34.
[22]
Turoverov KK, Kuznetsova IM. Sobstvennaia fluorestsentsiia globuliarnogo aktina. Osobennosti lokalizatsii triptofanovykh ostatkov [Intrinsic fluorescence of globular actin. Features of localization of tryptophan residues]. Bioorg Khim. 1998;24(12):893-8.
[23]
Studier FW, Moffatt BA. Use of bacteriophage T7 RNA polymerase to direct selective high-level expression of cloned genes. J Mol Biol. 1986;189(1):113-30.
[24]
Papaneophytou CP, Kontopidis G. Statistical approaches to maximize recombinant protein expression in Escherichia coli: a general review. Protein Expr Purif. 2014;94:22-32.
[25]
Yang XL, Skene RJ, McRee DE, Schimmel P. Crystal structure of a human aminoacyl-tRNA synthetase cytokine. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002;99(24):15369-74.
[26]
Kravchuk VO, Savytskyi OV, Odynets KO, Mykuliak VV, Kornelyuk AI. Computational modeling and molecular dynamics simulations of mammalian cytoplasmic tyrosyl-tRNA synthetase and its complexes with substrates. J Biomol Struct Dyn. 2017;35(13):2772-2788.
[27]
Chysta SV, Kornelyuk AI. Fluorescence and dynamics of the microenvironment of tryptophan residues of eukaryotic tyrosyl-tRNA synthetase. Fizyka Zhyvogo. 2014; 21(1-2):24–8.
[28]
Nangle LA, Zhang W, Xie W, Yang XL, Schimmel P. Charcot-Marie-Tooth disease-associated mutant tRNA synthetases linked to altered dimer interface and neurite distribution defect. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104(27):11239-44.
[29]
Odynets KA, Kornelyuk AI. Bioinformatical analysis of influence of human tyrosyl-tRNA synthetase mutations associated with neuropathy Charcot-Marie-Tooth, type C, on its local spatial structure properties. Biopolym Cell. 2007;23(5):449–60.
