Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1040410.32607/20758251-2017-9-1-81-87Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDual Active Site in the Endolytic Transglycosylase gp144 of Bacteriophage phiKZВторой активный центр в эндолитической трансгликозилазе gp144 бактериофага phiKZChertkovO. V.ЧертковO. В.
Russian Federation
kmi@ibch.ruArmeevG. A.АрмеевГ. A.
Russian Federation
kmi@ibch.ruUporovI. V.УпоровИ. В.
Russian Federation
kmi@ibch.ruLegotskyS. A.ЛегоцкийС. A.
Russian Federation
kmi@ibch.ruSykilindaN. N.СыкилиндаН. Н.
Russian Federation
kmi@ibch.ruShaytanA. K.ШайтанA. K.
Russian Federation
kmi@ibch.ruKlyachkoN. L.КлячкоН. Л.
Russian Federation
kmi@ibch.ruMiroshnikovK. A.МирошниковK. A.
Russian Federation
kmi@ibch.ruShemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic ChemistryИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова1503201791VOL 9, NO1 (2017)ТОМ 9, №1 (2017)818717012020Copyright ©; 2017, Chertkov O.V., Armeev G.A., Uporov I.V., Legotsky S.A., Sykilinda N.N., Shaytan A.K., Klyachko N.L., Miroshnikov K.A.Copyright ©; 2017, Чертков O.В., Армеев Г.A., Упоров И.В., Легоцкий С.A., Сыкилинда Н.Н., Шайтан A.K., Клячко Н.Л., Мирошников K.A.2017Chertkov O.V., Armeev G.A., Uporov I.V., Legotsky S.A., Sykilinda N.N., Shaytan A.K., Klyachko N.L., Miroshnikov K.A.Чертков O.В., Армеев Г.A., Упоров И.В., Легоцкий С.A., Сыкилинда Н.Н., Шайтан A.K., Клячко Н.Л., Мирошников K.A.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10404

Lytic transglycosylases are abundant peptidoglycan lysing enzymes that degrade the heteropolymers of bacterial cell walls in metabolic processes or in the course of a bacteriophage infection. The conventional catalytic mechanism of transglycosylases involves only the Glu or Asp residue. Endolysin gp144 of Pseudomonas aeruginosa bacteriophage phiKZ belongs to the family of Gram-negative transglycosylases with a modular composition and C-terminal location of the catalytic domain. Glu115 of gp144 performs the predicted role of a catalytic residue. However, replacement of this residue does not completely eliminate the activity of the mutant protein. Site-directed mutagenesis has revealed the participation of Tyr197 in the catalytic mechanism, as well as the presence of a second active site involving Glu178 and Tyr147. The existence of the dual active site was supported by computer modeling and monitoring of the molecular dynamics of the changes in the conformation and surface charge distribution as a consequence of point mutations.

Литические трансгликозилазы - распространенный тип пептидогликанлизирующих ферментов, расщепляющих гетерополимеры клеточных стенок бактерий в процессе клеточного метаболизма или инфекции бактериофагом. Молекулярный механизм действия трансгликозилаз предполагает участие в активном центре фермента лишь одного аминокислотного остатка Glu или Asp. Эндолизин gp144 бактериофага phiKZ Pseudomonas aeruginosa принадлежит к группе грамотрицательных трансгликозилаз с модульным строением и С-концевым расположением каталитического домена. Предсказанную роль каталитического аминокислотного остатка в его структуре выполняет Glu115. Однако замена этого остатка не полностью удаляет активность мутантного белка. Направленный мутагенез выявил участие в каталитическом механизме Tyr197, а также второй активный центр с аминокислотными остатками Glu178 и Tyr147. Наличие дублирующего активного центра подтверждено методами компьютерного моделирования, молекулярной динамики конформационных изменений и изменения заряда поверхности и структуры при внесении точечных мутаций.

bacteriophage phiKZendolysinenzyme active sitemolecular dynamicssite-directed mutagenesistransglycosylaseактивный центр ферментабактериофаг phiKZмолекулярная динамиканаправленный мутагенезтрансгликозилазаэндолизинThis work was supported by the Russian Science Foundation (grant No. 16-16-00073).Работа поддержана РНФ (грант № 16-16-00073).[1] Krylov V.N., Dela Cruz D.M., Hertveldt K., Ackermann H.W. // Arch. Virol. 2007, V.152, №10, P.1955-1959[2] Cornelissen A., Hardies S.C., Shaburova O.V., Krylov V.N., Mattheus W., Kropinski A.M., Lavigne R. // Virology Journal 2012, V.86, №3, P.1844-1852[3] Krylov V.N., Miroshnikov K.A., Krylov S.V., Veiko V.P., Pletneva E.A., Shaburova O.V., Burkal’tseva M.V. // Genetika. 2010, V.46, №2, P.159-167[4] Fokine A., Battisti A.J., Bowman V.D., Efimov A.V., Kurochkina L.P., Chipman P.R., Mesyanzhinov V.V., Rossmann M.G. // Structure. 2007, V.15, №9, P.1099-1104[5] Aksyuk A.A., Kurochkina L.P., Fokine A., Forouhar F., Mesyanzhinov V.V., Tong L., Rossmann M.G. // Structure. 2011, V.19, №12, P.1885-1894[6] Thomas J.A., Weintraub S.T., Wu W., Winkler D.C., Cheng N., Steven A.C., Black L.W. // Mol. Microbiol. 2012, V.84, №2, P.324-339[7] Miroshnikov K.A., Faizullina N.M., Sykilinda N.N., Mesyanzhinov V.V. // Biochemistry (Mosc). 2006, V.71, №3, P.300-305[8] Briers Y., Volckaert G., Cornelissen A., Lagaert S., Michiels C.W., Hertveldt K., Lavigne R. // Mol. Microbiol. 2007, V.65, №5, P.1334-1344[9] Briers Y., Schmelcher M., Loessner M.J., Hendrix J., Engelborghs Y., Volckaert G., Lavigne R. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2009, V.383, №2, P.187-191[10] Paradis-Bleau C., Cloutier I., Lemieux L., Sanschagrin F., Laroche J., Auger M., Garnier A., Levesque R.C. // FEMS Microbiol. Lett. 2007, V.266, №2, P.201-209[11] Holtje J.V. // EXS. 1996, V.75, P.425-429[12] Fokine A., Miroshnikov K.A., Shneider M.M., Mesyanzhinov V.V., Rossmann M.G. // J. Biol. Chem. 2008, V.283, №11, P.7242-7250[13] Sambrook J., Russell D.W. // Molecular Cloning // Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. 2231 p. 2001[14] Briers Y., Lavigne R., Volckaert G., Hertveldt K. // J. Biochem. Biophys. Methods. 2007, V.70, №3, P.531-533[15] Hanwell M.D., Curtis D.E., Lonie D.C., Vandermeerschd T., Zurek E., Hutchison G.R. // J. Cheminform. 2012, V.4, №8, P.1-17[16] Grosdidier A., Zoete V., Michielin O. // Nucleic Acids Research 2011, V.39, S2, P.270-277[17] Dolinsky T.J., Nielsen J.E., McCammon J.A., Baker N.A. // Nucleic Acids Research 2004, V.32, url www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15215472, P.665-667[18] Dolinsky T.J., Czodrowski P., Li H., Nielsen J.E., Jensen J.H., Klebe G., Baker N.A. // Nucleic Acids Research 2007, V.35, S2, P.522-525[19] Baker N.A., Sept D., Joseph S., Holst M.J., McCammon J.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001, V.98, №18, P.10037-10041[20] Sorin E.J., Pande V.S. // Biophys. J. 2005, V.88, №4, P.2472-2493[21] DePaul A.J., Thompson E.J., Patel S.S., Haldeman K., Sorin E.J. // Nucleic Acids Research 2010, V.38, №14, P.4856-4867[22] Berendsen H.J.C., van der Spoel D., van Drunen R. // Comput. Phys. Commun. 1995, V.91, №1-3, P.43-56[23] Lindahl E., Hess B., van der Spoel D. // J. Mol. Model. 2001, V.7, №8, P.306-317[24] Van Der Spoel D., Lindahl E., Hess B., Groenhof G., Mark A.E., Berendsen H.J.C. // J. Comput. Chem. 2005, V.26, №16, P.1701-1718[25] Hess B., Kutzner C., Van Der Spoel D., Lindahl E. // J. Chem. Theory Comput. 2008, V.4, №3, P.435-447[26] van Asselt E.J., Dijkstra A.J., Kalk K.H., Takacs B., Keck W., Dijkstra B.W. // Structure. 1999, V.7, №10, P.1167-1180[27] Thunnissen A.M.W.H., Isaacs N.W., Dijkstra B.W. // Proteins Struct. Funct. Genet. 1995, V.22, №3, P.245-258[28] Scheurwater E., Reid C.W., Clarke A.J. // Int. J. Biochem. Cell Biol. 2008, V.40, №4, P.586-591[29] Schmelcher M., Donovan D.M., Loessner M.J. // Future Microbiol. 2012, V.7, №10, P.1147-1171[30] Legotsky S.A., Vlasova K.Y., Priyma A.D., Shneider M.M., Pugachev V.G., Totmenina O.D., Kabanov A.V., Miroshnikov K.A., Klyachko N.L. // Biochimie. 2014, V.107, PtB, P.293-299[31] Yang H., Yu J., Wei H. // Front. Microbiol. 2014, V.5, P.542-548[32] Briers Y., Lavigne R. // Future Microbiol. 2015, V.10, №3, P.377-390