Vai trò của các gen nrf EFG và ccm FH trong sinh tổng hợp cytochrom c ở Escherichia coli

Springer Science and Business Media LLC - Tập 252 - Trang 332-341 - 1996
J. Grove1, S. Busby1, J. Cole1
1School of Biochemistry, University of Birmingham, Birmingham, UK

Tóm tắt

Đã có đề xuất rằng hai nhóm gen Escherichia coli, các gen ccm nằm trong vùng 47 phút và các gen nrfEFG nằm trong vùng 92 phút của nhiễm sắc thể, tham gia vào quá trình sinh tổng hợp cytochrom c trong điều kiện phát triển kỵ khí. Việc tham gia của các sản phẩm từ những gen này vào quá trình tổng hợp, lắp ráp và bài tiết cytochrom c đã được điều tra. Mặc dù chúng có sự tương đồng với các protein lắp ráp cytochrom c của vi khuẩn khác, nhưng NrfE, F và G không được phát hiện là cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp bất kỳ cytochrom c theo kiểu c nào ở E. coli. Hơn nữa, các protein này cũng không cần thiết cho việc bài tiết các cytochrom kẽ mô, cytochrom c550 và cytochrom c552, hoặc cho việc định hướng chính xác các cytochrom NapC và NrfB đến màng tế bào chất. NrfE và NrfG là cần thiết cho quá trình khử nitrit phụ thuộc formate (đường đi Nrf), liên quan đến ít nhất hai cytochrom c, cytochrom c552 và NrfB, nhưng NrfF không phải là thiết yếu cho con đường này. Các gen tương tự như nrfE, nrfF và nrfG có mặt trong khu vực nap-ccm của E. coli tại phút thứ 47. CcmF có sự tương đồng với NrfE, phần đầu N-terminus của CcmH tương tự như NrfF và phần cuối C-terminus của CcmH tương tự như NrfG. Ngược lại với NrfF, phần đầu N-terminus giống NrfF của CcmH là cần thiết cho sự tổng hợp của tất cả các cytochrom c. Ngược lại, vùng cuối C-terminus giống NrfG của CcmH không cần thiết cho sự sinh tổng hợp cytochrom c. Dữ liệu này nhất quán với các đề xuất từ nghiên cứu này và các phòng thí nghiệm khác rằng CcmF và CcmH là một phần của phức hợp lyase haem cần thiết để gắn haem c vào các miền liên kết haem C-X-X-C-H. Ngược lại, NrfE và NrfG được đề xuất thực hiện vai trò chuyên biệt hơn trong việc lắp ráp nitrite reductase phụ thuộc formate.

Từ khóa

#Escherichia coli #cytochrom c #sinh tổng hợp #gen #protein

Tài liệu tham khảo

Beckman L, Trawick DR, Kranz RG (1992) Bacterial cytochromec biogenesis. Genes Dev 6:268–283 Berks BC, Richardson DJ, Reilly A, Willis AC, Ferguson SJ (1995) ThenapEDABC gene cluster encoding the periplasmic nitrate reductase system ofThiosphaera pantotropha. Biochem J 309:983–992 Blattner F, Burland V, Plunkett G, Sofia H, Daniels, D (1993) Analysis of theEscherichia coli genome. IV. DNA sequence of the region from 89.2 to 92.8 minutes. Nucleic Acids Res 21:5408–5417 Choe M, Reznikoff WS (1991) Anaerobically expressedEscherichia coli genes identified by operon fusion techniques. J Bacteriol 173:6139–6146 Choe M, Reznikoff WS (1993) Identification of the regulatory sequence of the anaerobically expressed locusaeg 46.5. J Bacteriol 175:1165–1172 Darwin A, Tormay P, Page L, Griffiths L, Cole, J (1993a) Identification of the formate dehydrogenases and genetic determinants of formate-dependent nitrite reduction byEscherichia coli K-12. J Gen Microbiol 139:1829–1840 Darwin A, Hussain H, Griffiths L, Grove J, Sambongi Y, Busby S, Cole JA (1993b) Regulation and sequence of the structural gene for cytochromec 552 fromEscherichia coli: not a hexahaem but a 50 kDa tetrahaem nitrite reductase. Mol Microbiol 9:1255–1265 Darwin AJ, Stewart V (1995) Nitrate and nitrite regulation of the Fnr-dependentaeg-46.5 promoter ofEscherichia coli K-12 is mediated by competition between homologous response regulators (NarL and NarP) for a common DNA-binding site. J Mol Biol 251:15–29 Dumont ME, Ernst JF, Hampsey DM, Sherman F (1987) Identification and sequence of the gene encoding cytochromec heme lyase in the yeastSaccharomyces cerevisiae. EMBO J 6:235–241 Fujita T (1966a) Studies on soluble cytochromes in Enterobacteriaceae. I. Detection, purification and properties of cytochromec 522 in anaerobically grown cells. J Biochem 60:204–215 Fujita T (1966b) Studies on soluble cytochromes in Enterobacteriaceae II. Cytochromesb-562 andc-550 J. Biochem 60:329–334 Grove J, Tanapongpipat S, Thomas G, Griffiths L, Crooke H, Cole J (1996)Escherichia coli K-12 genes essential for the synthesis ofc-type cytochromes and a third nitrate reductase located in the periplasm. Mol Microbiol 19:467–481 Hussain H, Grove J, Griffiths L, Busby S, Cole J (1994) A seven gene operon essential for formate-dependent nitrite reduction to ammonia by enteric bacteria. Mol Microbiol 12:153–163 Iobbi-Nivol C, Crooke H, Griffiths L, Grove J, Hussain H, Pommier J, Méjean V, Cole JA (1994) A reassessment of the range ofc-type cytochromes synthesized byEscherichia coli K-12. FEMS Microbiol Lett 119:89–94 Kajic S, Anraku Y (1986) Purification of a hexaheme cytochromec 552 fromEscherichia coli K-12 and its properties as a nitrite reductase. Eur J Biochem 154:357–363 Kelsall A, Evans C, Busby S (1985) A plasmid vector that allows fusion of theEscherichia coli galactokinase gene to the translation startpoint of other genes. FEBS Lett 180:155–159 Kereszt A, Slaska-Kiss K, Putnoky P, Banfalvi Z, Kondorosi A (1995) ThecycHJKL genes ofRhizobium meliloti involved in cytochromec biogenesis are required for ‘respiratory’ nitrate reduction ex planta and for nitrogen fixation during symbiosis. Mol Gen Genet 472:39–47 Liu J, Parkinson JS (1989) Genetics and sequence analysis of thepcnB locus, anEscherichia coli gene involved in plasmid copy number control. J Bacteriol 171:1254–1261 McEwan AG, Jackson JB, Ferguson SJ (1984) Rationalization of properties of nitrate reductases inRhodopseudomonas capsulata. Arch Microbiol 137:344–349 Méjean V, Iobbi-Nivol C, Lepelletier M, Giordano G, Chippaux M, Pascal MC (1994) TMAO anaerobic respiration inEscherichia coli: involvement of thetor operon. Mol Microbiol 11:1169–1179 Newman BM, Cole JA (1978) The chromosomal location and pleiotrophic effects of mutations of thenirA + gene ofEscherichia coli K12: the essential role ofnirA − in nitrite reduction and other anaerobic redox reactions. J Gen Microbiol 106:1–12 Page MD, Ferguson SJ (1989) A bacterialc-type cytochrome can be translocated to the periplasm as an apo form; the biosynthesis of cytochromecd 1 (nitrite reductase) fromParacoccus denitrificans. Mol Microbiol 3:653–661 Page MD, Ferguson SJ (1990) Apo forms of cytochromec 550 and cytochromecd 1 are translocated to the periplasm ofParacoccus denitrificans in the absence of haem incorporation caused either by mutation or inhibition of haem synthesis. Mol Microbiol 4:1181–1192 Page MD, Ferguson SJ (1995) Cloning and sequence analysis ofcycH gene fromParacoccus denitrificans: thecycH gene product is required for the assembly of allc-type cytochromes, including cytochromec 1. Mol Microbiol 15:307–318 Pope NR, Cole JA (1984) Pyruvate and ethanol as electron donors for nitrite reduction byEscherichia coli K12. J Gen Microbiol 130:1279–1284 Rabin RS, Stewart V (1993) Dual response regulators (NarL and NarP) interact with dual sensors (NarX and NarQ) to control nitrate- and nitrite-regulated gene expression inEscherichia coli K-12. J Bacteriol 175:3259–3268 Richterich P, Lakey N, Gryan G, Jaehn L, Mintz L, Robinson K, Church GM (1993) Unpublished DNA sequence. Genbank accession number U00008 Ritz D, Bott M, Hennecke H (1993) Formation of severalc-type cytochromes requires a novel membrane-anchored protein that faces the periplasm. Mol Microbiol 9:729–740 Ritz D, Thöny-Meyer L, Hennecke H (1995) ThecycHJKL gene cluster plays an essential role in the biogenesis ofc-type cytochromes inBradyrhizobium japonicum. Mol Gen Genet 247:27–38 Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989) Molecular cloning: a laboratory manual (2nd edn). Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York Siddiqui RA, Warnecke Eberz U, Hengsberger A, Schneider B, Kostka S, Friedrich B (1993) Structure and function of a periplasmic nitrate reductase inAlcaligenes eutrophus H16. J Bacteriol 175:5867–5876 Thomas PE, Ryan D, Ledwin W (1976) An improved staining procedure for the detection of peroxidase activity of cytochrome P-450 on sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gels. Anal Biochem 75:168–176 Thöny-Meyer L, Ritz D, Hennecke H (1994) Cytochromec biogenesis in bacteria: a possible pathway begins to emerge. Mol Microbiol 12:1–9 Thöny-Meyer L, Fischer F, Künzler P, Ritz D, Hennecke H (1995)Escherichia coli genes required for cytochromec maturation. J Bacteriol 177:4321–4326 Tyson KL, Cole JA, Busby SJW (1994) Nitrite and nitrate regulation at the promoters of twoEscherichia coli operons encoding nitrite reductase. Mol Microbiol 13:1045–1055 Wood PM (1993) Why doc-type cytochromes exist? FEBS Lett 164:223–226 Zollner A, Rödel G, Haid A (1992) Molecular cloning and characterization of theSaccharomyces cerevisiae CYT2 gene encoding cytochrome-c 1-heme lyase. Eur J Biochem 207:1093–1100