HslVU 복합체는 박테리아에 존재하는 단백질 분해 효소로서, HslV peptidase와 HslU ATPase로 구성 되어 있다. 상대적으로, HslVU 복합체는 26S 프로테아좀의 단순 박테리아 유사체로, 특히 핵생물의 20S 프로테아좀 중앙부분의 베타-소단위체 구조와 아미노산 서열은 HslV의 구조와 아미노산 서열과 매우 유사하다. 최근 진핵생물에서 26S 프로테아좀과 HslVU 프로테아제가 공존하고 있는 것이 보고 된바 있다. 비록, ...
HslVU 복합체는 박테리아에 존재하는 단백질 분해 효소로서, HslV peptidase와 HslU ATPase로 구성 되어 있다. 상대적으로, HslVU 복합체는 26S 프로테아좀의 단순 박테리아 유사체로, 특히 핵생물의 20S 프로테아좀 중앙부분의 베타-소단위체 구조와 아미노산 서열은 HslV의 구조와 아미노산 서열과 매우 유사하다. 최근 진핵생물에서 26S 프로테아좀과 HslVU 프로테아제가 공존하고 있는 것이 보고 된바 있다. 비록, 원핵생물과 진핵생물 모두에서 HslVU 복합체가 발견되었지만, 아직까지는 원핵생물에서만 연구가 진행 되었고, 진핵생물에서의 연구는 알려진 바가 거의 없다. HslV peptidase는 원핵생물, 고세균, 진핵생물에 각각 하나씩 존재하지만, HslU ATPase는 원핵생물에서는 한 개가, 진핵생물에서는 미토콘드리아에 두 개가 존재한다. 아프리카에서 수면병을 유발시키는 기생충의 하나인 Trypanosoma brucei 에서는 한 개의 HslV peptidase와 두 개의 HslU ATPase가 미토콘드라아에 위치하며, 미토콘드리아 DNA 복제에 관여 한다고 보고 되었다. 본 논문에서는, T. brucei 에서 유래한 진핵생물의 첫번째 HslV 구조를 2.4 Å 해상도로 발표 하고, 생화학적 구조적 분석을 통하여 진핵생물과 원핵생물에서의 HslV를 비교 하였다. 더나아가, T. brucei에 존재하는 HslVU의 생화학적 특성 연구를 통하여 하나의 HslU가 HslV를 활성화 시켜 주는 것을 밝혔다. T. brucei에서, HslU2의 C-말단에 위치한 타이로신잔기가 HslV를 활성화 시켜주는 중요한 열쇠라는 것을 알아내었고, HlsU1과 E. coli에 존재하는 HslU에는 같은 위치에 페닐알라닌잔기로 되어있음을 확인 하였다. 연구 과정에서 예상외로, E. coli에서 F441Y의 HslU 돌연변이가 HslV를 펩티디아제와 카제인분해 능력을 증가고, ATPase 활성과 SulA 분해 능력은 약간 감소 하였다. 처음에는 HslU의 C-말단의 HslV 활성화 기작에 중점을 두고 연구를 진행하였으나, 연구과정에서 HslU의 315번 프로린잔기가 441번 페닐알라닌잔기와 상호작용을 하고 HslV 활성화에 중요하게 작용하는 것을 발견 하였다. HslVU 복합체의 기능에 있어 loop 지역 바로 직전에 위치한 315번 프롤린잔기의 중요성을 알게 된 것이다. 원핵생물에서 HslU의 프롤린과 페닐알라닌의 pair가, 진핵생물에서 활성을 가진 HslU2에서는 쓰레오닌과 타이로신의 pair로 바뀌어 있었다. 다른 계에 존재하는 많은 HslU들의 아미노산 서열분석과 E. coli의 돌연변이를 이용한 생화학적 활성연구는 HslU 들의 분자적 진화 경로 상에 있는 것이다.
HslVU 복합체는 박테리아에 존재하는 단백질 분해 효소로서, HslV peptidase와 HslU ATPase로 구성 되어 있다. 상대적으로, HslVU 복합체는 26S 프로테아좀의 단순 박테리아 유사체로, 특히 핵생물의 20S 프로테아좀 중앙부분의 베타-소단위체 구조와 아미노산 서열은 HslV의 구조와 아미노산 서열과 매우 유사하다. 최근 진핵생물에서 26S 프로테아좀과 HslVU 프로테아제가 공존하고 있는 것이 보고 된바 있다. 비록, 원핵생물과 진핵생물 모두에서 HslVU 복합체가 발견되었지만, 아직까지는 원핵생물에서만 연구가 진행 되었고, 진핵생물에서의 연구는 알려진 바가 거의 없다. HslV peptidase는 원핵생물, 고세균, 진핵생물에 각각 하나씩 존재하지만, HslU ATPase는 원핵생물에서는 한 개가, 진핵생물에서는 미토콘드리아에 두 개가 존재한다. 아프리카에서 수면병을 유발시키는 기생충의 하나인 Trypanosoma brucei 에서는 한 개의 HslV peptidase와 두 개의 HslU ATPase가 미토콘드라아에 위치하며, 미토콘드리아 DNA 복제에 관여 한다고 보고 되었다. 본 논문에서는, T. brucei 에서 유래한 진핵생물의 첫번째 HslV 구조를 2.4 Å 해상도로 발표 하고, 생화학적 구조적 분석을 통하여 진핵생물과 원핵생물에서의 HslV를 비교 하였다. 더나아가, T. brucei에 존재하는 HslVU의 생화학적 특성 연구를 통하여 하나의 HslU가 HslV를 활성화 시켜 주는 것을 밝혔다. T. brucei에서, HslU2의 C-말단에 위치한 타이로신잔기가 HslV를 활성화 시켜주는 중요한 열쇠라는 것을 알아내었고, HlsU1과 E. coli에 존재하는 HslU에는 같은 위치에 페닐알라닌잔기로 되어있음을 확인 하였다. 연구 과정에서 예상외로, E. coli에서 F441Y의 HslU 돌연변이가 HslV를 펩티디아제와 카제인분해 능력을 증가고, ATPase 활성과 SulA 분해 능력은 약간 감소 하였다. 처음에는 HslU의 C-말단의 HslV 활성화 기작에 중점을 두고 연구를 진행하였으나, 연구과정에서 HslU의 315번 프로린잔기가 441번 페닐알라닌잔기와 상호작용을 하고 HslV 활성화에 중요하게 작용하는 것을 발견 하였다. HslVU 복합체의 기능에 있어 loop 지역 바로 직전에 위치한 315번 프롤린잔기의 중요성을 알게 된 것이다. 원핵생물에서 HslU의 프롤린과 페닐알라닌의 pair가, 진핵생물에서 활성을 가진 HslU2에서는 쓰레오닌과 타이로신의 pair로 바뀌어 있었다. 다른 계에 존재하는 많은 HslU들의 아미노산 서열분석과 E. coli의 돌연변이를 이용한 생화학적 활성연구는 HslU 들의 분자적 진화 경로 상에 있는 것이다.
The HslVU complex occurs in many bacteria as a protease in response to cell stress, heat shock locus V (HslV) functions as a peptidase, which is activated by heat shock locus U (HslU) as a ATPase. Relatively, HslVU complex is a simple bacterial analog of the 26S proteasome, moreover the primary sequ...
The HslVU complex occurs in many bacteria as a protease in response to cell stress, heat shock locus V (HslV) functions as a peptidase, which is activated by heat shock locus U (HslU) as a ATPase. Relatively, HslVU complex is a simple bacterial analog of the 26S proteasome, moreover the primary sequence and structure of HslV are well conserved with those of the β-subunit of the 20S proteasome core particle in eukaryotes. Currently, the coexistence of a 26S proteasome with HslVU protease in the same living organism in eukaryotes has been reported. Although, HslVU complexe is found in both prokaryotic and eukaryotic organisms, it has only been characterized in prokaryotes. However, it is elusive in eukaryotic counterpart. One HslV peptidase was present in each species of prokaryotes, archaea, and eukaryotes, and one HslU ATPase in prokaryotes, but two HslUs was found in the mitochonria of eukaryotes exist only. In Trypanosoma brucei, a protozoan parasite that causes human sleeping sickness in Africa, one HslV and two HslUs are located in the mitochondria, where it has a novel function in regulating mitochondrial DNA replication. Here, I report the crystal structure of a first eukaryotic HslV from Trypanosoma brucei, determined at 2.4 Å resolution. By a comparison for the biochemical and structural data, I discuss herein the differences and similarities between eukaryotic and prokaryotic HslVs. Furthermore, this study is the biochemical characteristics of an HslVU complex from T. brucei, I found that only one of HslUs activates HslV. A tyrosine residue at the C-terminal tail of HslU2 has been identified as a key determinant for activating HslV in T. brucei and a phenylalanine at the equivalent position is found in T. brucei HslU1 as E. coli HslU. Unexpectedly, I found the F441Y mutation in HslU enhanced the peptidase and caseinolytic activity of HslV in E. coli. However, it showed partially reduced ATPase and SulA degradation activity. To begin with, only the C-terminal tail of HslU has been focused on for the study of HslV activation mechanism, however, the interacting Pro315 residue with Phe441 in free HslU is also found as a critical residue for HslV activation. Thus, my biochemical data explore the importance of the loop re-gion right before Pro315 residue for functional HslVU complex. The proline and phenylalanine pair in prokaryotic HslU has been replaced with the threonine and tyrosine pair in the functional eukaryotic HslU2. The sequence comparison among many HslUs from different kingdoms in combination with biochemical activity results of E. coli mutants shed light on the molecular evolutionary pathway of HslUs.
The HslVU complex occurs in many bacteria as a protease in response to cell stress, heat shock locus V (HslV) functions as a peptidase, which is activated by heat shock locus U (HslU) as a ATPase. Relatively, HslVU complex is a simple bacterial analog of the 26S proteasome, moreover the primary sequence and structure of HslV are well conserved with those of the β-subunit of the 20S proteasome core particle in eukaryotes. Currently, the coexistence of a 26S proteasome with HslVU protease in the same living organism in eukaryotes has been reported. Although, HslVU complexe is found in both prokaryotic and eukaryotic organisms, it has only been characterized in prokaryotes. However, it is elusive in eukaryotic counterpart. One HslV peptidase was present in each species of prokaryotes, archaea, and eukaryotes, and one HslU ATPase in prokaryotes, but two HslUs was found in the mitochonria of eukaryotes exist only. In Trypanosoma brucei, a protozoan parasite that causes human sleeping sickness in Africa, one HslV and two HslUs are located in the mitochondria, where it has a novel function in regulating mitochondrial DNA replication. Here, I report the crystal structure of a first eukaryotic HslV from Trypanosoma brucei, determined at 2.4 Å resolution. By a comparison for the biochemical and structural data, I discuss herein the differences and similarities between eukaryotic and prokaryotic HslVs. Furthermore, this study is the biochemical characteristics of an HslVU complex from T. brucei, I found that only one of HslUs activates HslV. A tyrosine residue at the C-terminal tail of HslU2 has been identified as a key determinant for activating HslV in T. brucei and a phenylalanine at the equivalent position is found in T. brucei HslU1 as E. coli HslU. Unexpectedly, I found the F441Y mutation in HslU enhanced the peptidase and caseinolytic activity of HslV in E. coli. However, it showed partially reduced ATPase and SulA degradation activity. To begin with, only the C-terminal tail of HslU has been focused on for the study of HslV activation mechanism, however, the interacting Pro315 residue with Phe441 in free HslU is also found as a critical residue for HslV activation. Thus, my biochemical data explore the importance of the loop re-gion right before Pro315 residue for functional HslVU complex. The proline and phenylalanine pair in prokaryotic HslU has been replaced with the threonine and tyrosine pair in the functional eukaryotic HslU2. The sequence comparison among many HslUs from different kingdoms in combination with biochemical activity results of E. coli mutants shed light on the molecular evolutionary pathway of HslUs.
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