Đặc tính hóa sinh và phân tử của enzyme diphenol oxidase của Cryptococcus neoformans: Xác định như một loại laccase

Journal of Bacteriology - Tập 176 Số 3 - Trang 656-664 - 1994
Peter R. Williamson1
1Clinical Mycology Section, National Institute of Allergy and Infectious Disease, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20892.

Tóm tắt

Sản xuất melanin là một yếu tố gây độc chính của Cryptococcus neoformans, một sinh vật gây nhiễm trùng đe dọa tính mạng ở ước tính 10% bệnh nhân AIDS. Để xác định các sự kiện liên quan đến tổng hợp melanin, một enzyme có hoạt tính diphenol oxidase đã được tinh chế và gen của nó đã được nhân đôi. Enzyme này đã được tinh chế dưới dạng protein glycosyl hóa có khối lượng phân tử 75 kDa, di chuyển tại 66 kDa trong quá trình điện di gel sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide sau khi tách glycosyl hóa bởi endoglycosidase F. Đặc điểm nhạy cảm với chất nền giống như một laccase ở chỗ nó oxy hóa nhiều hợp chất diphenolic và diamino. Dopamine được xác định bằng phổ khối lượng là bị oxy hóa thành decarboxy dopachrome, một trung gian của quá trình tổng hợp melanin. Enzyme chứa 4,1 ± 0,1 mol đồng trên mỗi mol. Nó có phổ hấp thụ giống như một laccase, với một đỉnh ở 610 nm và vai ở 320 nm, tương ứng với độ hấp thụ của đồng loại I và loại III. Gen được nhân đôi của laccase C. neoformans (CNLAC1) chứa một khung đọc mở duy nhất mã hóa cho một polypeptide dài 624 acid amin. Polypeptide mã hóa chứa một chuỗi dẫn nhập dự tính, dựa trên sự ưa nước tương đối và so sánh với chuỗi N-terminal của enzyme được tinh chế. CNLAC1 cũng chứa 14 intron có độ dài từ 52 đến 340 base. Hoạt động sao mã của CNLAC1 được tìm thấy là không bị kiềm chế trong sự vắng mặt của glucose và tương ứng với sự gia tăng hoạt tính enzyme.

Từ khóa

#Melanin #Cryptococcus neoformans #laccase #diphenol oxidase #AIDS #enzyme activity #copper #transcription #glycosylation

Tài liệu tham khảo

Aebersold , R. H. , J. Leavitt , P. A. Saavedra , L. E. Hood , and S. B. H. Kent . 1987 . Internal amino acid sequence analysis of proteins separated by one- or two-dimensional gel electrophoresis after in situ protease digestion on nitrocellulose . Proc. Nati. Acad. Sci. USA 84 : 6970 - 6974 .

Aroca , P. , F. Soano , J. C. Garcia-Borron , and J. A. Lozano . 1990 . A new spectrophotometeric assay for dopachrome tautomerase . J. Biochem. Biophys. Methods 21 : 35 - 46 .

Chaskes , S. , and R. L. Tyndall . 1975 . Pigment production by Cryptococcus neoformans frompara- and ortho-diphenols: effect of the nitrogen source . J. Clin. Microbiol. 1 : 509 - 514 .

Chaskes , S. , and R. L. Tyndall . 1978 . Pigment production by Cryptococcus neoformans and other Cryptococcus species from aminophenols and diaminobenzenes . J. Clin. Microbiol. 7 : 146 - 152 .

Chomczynski , P. , and N. Sacchi . 1987 . Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction . Anal. Biochem. 162 : 156 - 159 .

Crestfield , A. M. , S. Moore , and W. H. Stein . 1963 . The preparation and enzymatic hydrolysis of reduced and S-carboxymethylated proteins . J. Biol. Chem. 238 : 622 - 627 .

Devereux , J. , P. Haeberli , and 0. Smithies . 1984 . A comprehensive set of sequence analysis programs for VAX and Convex systems . Nucleic Acids Res. 12 : 387 - 395 .

Edman , J. C. , and K. J. Kwon-Chung . 1990 . Isolation of the URA5 gene from Cryptococcus neoformans var. neoformans and its use as a selective marker for transformation . Mol. Cell. Biol. 10 : 4538 - 4544 .

Gacheru , S. N. , P. C. Trackman , M. A. Shah , C. Y. O'Gara , P. Spacciapoli , F. T. Greenaway , and H. M. Kagan . 1990 . Structural and catalytic properties of copper in Iysyl oxidase . J. Biol. Chem. 265 : 19022 - 19027 .

Geber , A. , P. R. Williamson , J. H. Rex , E. C. Sweeney , and J. E. Bennett . 1992 . Cloning and characterization of a Candida albicans maltase gene involved in sucrose utilization . J. Bacteriol. 174 : 6992 - 6996 .

Germann , U. A. , and K. Lerch . 1986 . Isolation and partial nucleotide sequence of the laccase gene from Neurospora crassa: amino acid sequence homology of the protein to human ceruloplasm . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83 : 8854 - 8888 .

Groliman , E. F. , S. Q. Doi , P. Weiss , G. Ashwell , B. L. Wajchenberg , and G. Medeiros-Neto . 1992 . Hyposialylated thyroglobulin in a patient with congenital goiter and hypothyroidism . J. Clin. Endocrinol. Metab. 74 : 43 - 48 .

Hanna , P. M. , D. R. McMillin , M. Pasenkiewicz-Gierula , W. E. Antholine , and B. Reinhammar . 1988 . Type 2-depleted fungal laccase . Biochem. J. 253 : 561 - 568 .

Ikeda , R. , and E. S. Jacobson . 1992 . Heterogeneity of phenol oxidases in Cryptococcus neoformans . Infect. Immun. 60 : 3552 - 3555 .

Jacobson , E. S. , and H. S. Emery . 1991 . Catecholamine uptake, melanization, and oxygen toxicity in Cryptococcus neoformans . J. Bacteriol. 173 : 401 - 403 .

Kojima , Y. , Y. Tsukuda , Y. Kawai , A. Tsukamoto , J. Sugiura , M. Sakaino , and Y. Kita . 1990 . Cloning, sequence analysis, and expression of ligninolytic phenoloxidase genes of the white-rot basidiomycete Coriolus hirsutus . J. Biol. Chem. 265 : 15224 - 15230 .

Kwon-Chung K. J. and J. E. Bennett. 1992. Cryptococcosis p. 397-446. In Medical mycology. Lea and Febiger Malvern Pa.

Kwon-Chung , K. J. , W. B. Hill , and J. E. Bennett . 1981 . New, special stain for histopathological diagnosis of cryptococcosis . J. Clin. Microbiol. 13 : 383 - 387 .

Kwon-Chung , K. J. , I. Polacheck , and T. J. Popkin . 1982 . Melaninlacking mutants of Cryptococcus neoformans and their virulence for mice . J. Bacteriol. 150 : 1414 - 1421 .

Kwon-Chung , K. J. , and J. C. Rhodes . 1986 . Encapsulation and melanin formation as indicative of virulence in Cryptococcus neoformans . Infect. Immun. 51 : 218 - 223 .

Laemmli , U. K. 1970 . Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 . Nature (London) 227 : 680 - 685 .

Langford , C. J. , and D. Gallwitz . 1983 . Evidence for an introncontained sequence required for the splicing of yeast RNA polymerase II transcripts . Cell 33 : 519 - 527 .

Larriba , G. 1993 . Translocation of proteins across the membrane of the endoplasmic reticulum: a place for Saccharomyces cerevisiae . Yeast 9 : 441 - 463 .

Mertins , P. , and D. Galwitz . 1987 . Nuclear pre-mRNA splicing in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe strictly requires an intron-contained, conserved sequence element . EMBO J. 6 : 1757 - 1763 .

Messerschmidt , A. , and R. Huber . 1990 . The blue oxidases, ascorbate oxidase, laccase and ceruloplasmin: modeling and structural relationships . Eur. J. Biochem. 187 : 341 - 352 .

Niece , R. L. , C. M. Beach , R. F. Cook , G. M. Hathaway , and K. R. Williams . 1991 . State-of-the-art biomolecular core facilities: a comprehensive survey . FASEB J. 5 : 2756 - 2760 .

Nurudeen , T. A. , and D. G. Ahearn . 1979 . Regulation of melanin production by Cryptococcus neoformans . J. Clin. Microbiol. 10 : 724 - 729 .

Ohkawa , J. , N. Okada , A. Shinmyo , and M. Takano . 1989 . Primary structure of cucumber (Cucumis sativus) ascorbate oxidase deduced from cDNA sequence: homology with blue copper proteins and tissue-specific expression . Botany 86 : 1239 - 1243 .

Parker R and B. Patterson. 1987. Architecture of fungal introns: implications for spliceosome assembly p. 133-148. In M. Inouye and B. S. Dudock (ed.) Molecular biology of RNA: new perspectives. Academic Press Inc. New York.

Perfect , J. R. , T. H. Rude , L. M. Penning , and S. A. Johnson . 1992 . Cloning the Cryptococcus neoformans TRP 1 gene by complementation in Saccharomyces cerevisiae . Gene 122 : 213 - 217 .

Perry , C. R. , M. Smith , C. H. Britnell , D. A. Wood , and C. F. Thurston . 1993 . Identification of two laccase genes in the cultivated mushroom Agaricus bisporus . J. Gen. Microbiol. 139 : 1209 - 1218 .

Polacheck , I. , V. J. Hearing , and K. J. Kwon-Chung . 1982 . Biochemical studies of phenoloxidase and utilization of catecholamines in Cryptococcus neoformans . J. Bacteriol. 150 : 1212 - 1220 .

Polacheck , I. , Y. Platt , and J. Aronovitch . 1990 . Catecholamines and virulence of Cryptococcus neoformans . Infect. Immun. 58 : 2919 - 2922 .

Prota , G. 1988 . Progress in the chemistry of melanins and related metabolites . Med. Res. Rev. 8 : 525 - 556 .

Reinhammer B. 1984. Laccase p. 4-10. In R. Lontie (ed.) Copper proteins and copper enzymes. CRC Press Inc. Boca Raton Fla.

Roberts , A. , F. Rosa , D. Roche , J. E. Colligan , M. Garfield , L. Rebbert , P. Kondaiah , D. Pour , J. H. Kehrl , S. N. Wahl , I. B. Dawid , and M. Storn . 1989 . Isolation and characterization of TGF-P and TGF-P 5 from medium conditioned by Xenopus XTC cells . Growth Factors 2 : 135 - 147 .

Ryden , L. 1982 . Model of the active site in the blue oxidases based on the ceruloplasm-plastocyanin homology . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79 : 6767 - 6771 .

Sambrook J. E. F. Fritsch and T. Maniatis. 1989. Molecular cloning: a laboratory manual 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Cold Spring Harbor N.Y.

Shaw , C. E. , and L. Kapica . 1972 . Production of diagnostic pigment by phenoloxidase activity of Cryptococcus neoformans . Infect. Immun. 27 : 910 - 914 .

Sirawaraporn , W. , M. Cao , D. V. Santi , and J. C. Edman . 1993 . Cloning, expression and characterization of Cryptococcus neoformans dihydrofolate reductase . J. Biol. Chem. 268 : 8888 - 8892 .

Sisler , H. D. 1986 . Control of fungal disease by compounds acting as antipenetrants . Crop Prot. 5 : 306 - 313 .

Sisler H. D. C. P. Woloshuk and P. M. Wolkow. 1983. Studies on the mode of action of tricyclazole and related compounds p. 171-176. In H. Lyr and C. Polter (ed.) Systemische Fungizide und Antifungale Verbindungen. Adademie-Verlag Berlin.

Staib , F. 1962 . Cryptococcus neoformans and Guizotia abyssinica (Sn G. oleifera) . Z. Hyg. Infektionskr. 148 : 466 - 475 .

Swann E. C. and J. W. Taylor. Higher taxa of Basidiomycetes: an 18S rRNA gene perspective. Mycologia in press.

Varma , A. , J. C. Edman , and K. J. Kwon-Chung . 1992 . Molecular and genetic analysis of URA5 transformants of Cryptococcus neoformans . Infect. Immun. 60 : 1101 - 1108 .

Varma , A. , and K. J. Kwon-Chung . 1991 . Rapid method to extract DNA from Cryptococcus neoformans . J. Clin. Microbiol. 29 : 810 - 812 .

Wang , H. S. , R. T. Zeimis , and G. D. Roberts . 1977 . Evaluation of a caffeic acid-ferric citrate test for rapid identification of Cryptococcus neoformans . J. Clin. Microbiol. 6 : 445 - 449 .

Wheeler , M. H. , and A. A. Bell . 1988 . Melanins and their importance in pathogenic fungi . Curr. Top. Med. Mycol. 2 : 338 - 387 .

Wickes B. L. T. D. E. Moore and K. J. Kwon-Chung. Comparison of the electrophoretic karyotypes and chromosomal location of ten genes in the two varieties of Cryptococcus neoformans. J. Gen. Microbiol. in press.

Wingo , W. J. , and G. M. Emerson . 1975 . Calibration of oxygen polarographs by catalase-catalyzed decomposition of hydrogen peroxide . Anal. Chem. 47 : 351 - 352 .

Zaret , K. S. , and F. Sherman . 1982 . DNA sequence required for efficient transcription termination in yeast . Cell 28 : 563 - 573 .