Published March 13, 2014 | Version v1
Publication Open

Refolding of β-Stranded Class I Chitinases of Hippophae rhamnoides Enhances the Antifreeze Activity during Cold Acclimation

Creators

  • 1. University of Delhi

Description

Class I chitinases hydrolyse the β-1,4-linkage of chitin and also acquire antifreeze activity in some of the overwintering plants during cold stress. Two chitinases, HrCHT1a of 31 kDa and HrCHT1b of 34 kDa, were purified from cold acclimated and non-acclimated seabuckthorn seedlings using chitin affinity chromatography. 2-D gels of HrCHT1a and HrCHT1b showed single spots with pIs 7.0 and 4.6 respectively. N-terminal sequence of HrCHT1b matched with the class I chitinase of rice and antifreeze proteins while HrCHT1a could not be sequenced as it was N-terminally blocked. Unlike previous reports, where antifreeze activity of chitinase was cold inducible, our results showed that antifreeze activity is constitutive property of class I chitinase as both HrCHT1a and HrCHT1b isolated even from non-acclimated seedlings, exhibited antifreeze activity. Interestingly, HrCHT1a and HrCHT1b purified from cold acclimated seedlings, exhibited 4 and 2 times higher antifreeze activities than those purified from non-acclimated seedlings, suggesting that antifreeze activity increased during cold acclimation. HrCHT1b exhibited 23-33% higher hydrolytic activity and 2-4 times lower antifreeze activity than HrCHT1a did. HrCHT1b was found to be a glycoprotein; however, its antifreeze activity was independent of glycosylation as even deglycosylated HrCHT1b exhibited antifreeze activity. Circular dichroism (CD) analysis showed that both these chitinases were rich in unusual β-stranded conformation (36-43%) and the content of β-strand increased (∼11%) during cold acclimation. Surprisingly, calcium decreased both the activities of HrCHT1b while in case of HrCHT1a, a decrease in the hydrolytic activity and enhancement in its antifreeze activity was observed. CD results showed that addition of calcium also increased the β-stranded conformation of HrCHT1a and HrCHT1b. This is the first report, which shows that antifreeze activity is constitutive property of class I chitinase and cold acclimation and calcium regulate these activities of chitinases by changing the secondary structure.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعمل إنزيمات الكيتيناز من الفئة الأولى على التحلل المائي لربط الكيتين β -1،4 واكتساب نشاط مضاد للتجمد في بعض نباتات الشتاء الزائد أثناء الإجهاد البارد. تم تنقية اثنين من إنزيمات الكيتيناز، HrCHT1a من 31 كيلو دالتون و HrCHT1b من 34 كيلو دالتون، من شتلات النبق البحري الباردة وغير المتكيفة باستخدام كروماتوغرافيا تقارب الكيتين. أظهرت المواد الهلامية ثنائية الأبعاد من HrCHT1a و HrCHT1b بقعًا مفردة مع PIS 7.0 و 4.6 على التوالي. يتطابق التسلسل الطرفي N من HrCHT1b مع الكيتيناز من الفئة الأولى من بروتينات الأرز ومضادات التجمد بينما لا يمكن تسلسل HrCHT1a لأنه تم حظره نهائياً. على عكس التقارير السابقة، حيث كان نشاط مضاد التجمد من الكيتيناز باردًا، أظهرت نتائجنا أن نشاط مضاد التجمد هو خاصية تأسيسية للفئة الأولى من الكيتيناز حيث تم عزل كل من HrCHT1a و HrCHT1b حتى من الشتلات غير المتكيفة، وأظهرت نشاط مضاد للتجمد. ومن المثير للاهتمام، أن HrCHT1a و HrCHT1b تم تنقيتهما من الشتلات المتكيفة الباردة، وأظهرا أنشطة مضادة للتجمد أعلى 4 و 2 مرات من تلك التي تم تنقيتها من الشتلات غير المتكيفة، مما يشير إلى زيادة نشاط مضاد التجمد أثناء التأقلم البارد. أظهر HrCHT1b نشاط تحلل مائي أعلى بنسبة 23-33 ٪ ونشاط مضاد للتجمد أقل 2-4 مرات من HrCHT1a. وجد أن HrCHT1b هو بروتين سكري ؛ ومع ذلك، كان نشاطه المضاد للتجمد مستقلاً عن الغليكوزيل حيث أظهر HrCHT1b المضاد للتجمد. أظهر تحليل ثنائي اللون الدائري (CD) أن كلا من إنزيمات الكيتيناز هذه كانت غنية بالتشكل غير العادي الذي تقطعت به السبل β (36-43 ٪) وزاد محتوى حبلا β (11 ٪) أثناء التأقلم البارد. والمثير للدهشة أن الكالسيوم قلل من نشاط كل من HrCHT1b بينما في حالة HrCHT1a، لوحظ انخفاض في نشاط التحلل المائي وتعزيز في نشاطه المضاد للتجمد. أظهرت نتائج CD أن إضافة الكالسيوم زادت أيضًا من التشكل المجدول لـ HrCHT1a و HrCHT1b. هذا هو التقرير الأول، الذي يوضح أن نشاط مضاد التجمد هو خاصية تأسيسية للفئة الأولى من الكيتيناز والتأقلم البارد وينظم الكالسيوم أنشطة الكيتيناز هذه عن طريق تغيير الهيكل الثانوي.

Translated Description (French)

Les chitinases de classe I hydrolysent la liaison β-1,4 de la chitine et acquièrent également une activité antigel chez certaines des plantes hivernantes pendant le stress dû au froid. Deux chitinases, HrCHT1a de 31 kDa et HrCHT1b de 34 kDa, ont été purifiées à partir de semis d'argousier acclimatés et non acclimatés au froid en utilisant la chromatographie d'affinité de la chitine. Les gels 2D de HrCHT1a et HrCHT1b ont montré des taches uniques avec des pI de 7,0 et 4,6 respectivement. La séquence N-terminale de HrCHT1b correspondait à la chitinase de classe I du riz et aux protéines antigel tandis que HrCHT1a ne pouvait pas être séquencée car elle était bloquée N-terminalement. Contrairement aux rapports précédents, où l'activité antigel de la chitinase était inductible à froid, nos résultats ont montré que l'activité antigel est une propriété constitutive de la chitinase de classe I, car HrCHT1a et HrCHT1b isolés même de semis non acclimatés présentaient une activité antigel. Fait intéressant, HrCHT1a et HrCHT1b purifiés à partir de semis acclimatés au froid, présentaient des activités antigel 4 et 2 fois plus élevées que celles purifiées à partir de semis non acclimatés, suggérant que l'activité antigel augmentait pendant l'acclimatation au froid. HrCHT1b présentait une activité hydrolytique 23-33% plus élevée et une activité antigel 2-4 fois plus faible que HrCHT1a. HrCHT1b s'est avéré être une glycoprotéine ; cependant, son activité antigel était indépendante de la glycosylation car même HrCHT1b déglycosylé présentait une activité antigel. L'analyse du dichroïsme circulaire (CD) a montré que ces deux chitinases étaient riches en conformation de brin β inhabituelle (36-43%) et que la teneur en brin β augmentait (∼11%) pendant l'acclimatation au froid. Étonnamment, le calcium a diminué à la fois les activités de HrCHT1b tandis que dans le cas de HrCHT1a, une diminution de l'activité hydrolytique et une augmentation de son activité antigel ont été observées. Les résultats de la MC ont montré que l'ajout de calcium augmentait également la conformation des brins β de HrCHT1a et HrCHT1b. Il s'agit du premier rapport, qui montre que l'activité antigel est une propriété constitutive de la chitinase de classe I et que l'acclimatation au froid et le calcium régulent ces activités des chitinases en modifiant la structure secondaire.

Translated Description (Spanish)

Las quitinasas de clase I hidrolizan el enlace β-1,4 de la quitina y también adquieren actividad anticongelante en algunas de las plantas de hibernación durante el estrés por frío. Se purificaron dos quitinasas, HrCHT1a de 31 kDa y HrCHT1b de 34 kDa, a partir de plántulas de espino amarillo aclimatado al frío y no aclimatado usando cromatografía de afinidad de quitina. Los geles 2-D de HrCHT1a y HrCHT1b mostraron manchas únicas con pI 7.0 y 4.6 respectivamente. La secuencia N-terminal de HrCHT1b coincidió con la quitinasa de clase I de las proteínas de arroz y anticongelantes, mientras que HrCHT1a no pudo secuenciarse ya que estaba bloqueada N-terminalmente. A diferencia de los informes anteriores, donde la actividad anticongelante de la quitinasa era inducible por frío, nuestros resultados mostraron que la actividad anticongelante es una propiedad constitutiva de la quitinasa de clase I, ya que tanto HrCHT1a como HrCHT1b aisladas incluso de plántulas no aclimatadas, exhibieron actividad anticongelante. Curiosamente, HrCHT1a y HrCHT1b purificadas a partir de plántulas aclimatadas al frío, exhibieron actividades anticongelantes 4 y 2 veces mayores que las purificadas a partir de plántulas no aclimatadas, lo que sugiere que la actividad anticongelante aumentó durante la aclimatación al frío. La HrCHT1b exhibió una actividad hidrolítica 23-33% mayor y una actividad anticongelante 2-4 veces menor que la HrCHT1a. Se descubrió que la HrCHT1b era una glicoproteína; sin embargo, su actividad anticongelante era independiente de la glicosilación, ya que incluso la HrCHT1b desglicosilada exhibía actividad anticongelante. El análisis de dicroísmo circular (CD) mostró que ambas quitinasas eran ricas en conformación inusual de cadena β (36-43%) y el contenido de cadena β aumentó (~11%) durante la aclimatación en frío. Sorprendentemente, el calcio disminuyó tanto las actividades de HrCHT1b como en el caso de HrCHT1a, se observó una disminución en la actividad hidrolítica y una mejora en su actividad anticongelante. Los resultados de CD mostraron que la adición de calcio también aumentó la conformación de la cadena β de HrCHT1a y HrCHT1b. Este es el primer informe, que muestra que la actividad anticongelante es propiedad constitutiva de la quitinasa de clase I y la aclimatación al frío y al calcio regulan estas actividades de las quitinasas cambiando la estructura secundaria.

Files

journal.pone.0091723&type=printable.pdf

Files (4.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4e8a7c1ad22afa1d0030d505d1230cae
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إن إعادة طي إنزيمات الكيتيناز من الفئة الأولى من Hippophae rhamnoides يعزز نشاط مضاد التجمد أثناء التأقلم البارد
Translated title (French)
Le repliement des chitinases β-brinées de classe I d'Hippophae rhamnoides améliore l'activité antigel pendant l'acclimatation au froid
Translated title (Spanish)
El replegamiento de las quitinasas de clase I β-trenzadas de Hippophae rhamnoides mejora la actividad anticongelante durante la aclimatación al frío

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2086245234
DOI
10.1371/journal.pone.0091723

Is supplement to
https://openalex.org/W4205341307 (Other)
https://openalex.org/W3013019149 (Other)
https://openalex.org/W2980719184 (Other)
https://openalex.org/W2348737156 (Other)
https://openalex.org/W1999201992 (Other)
https://openalex.org/W1985943919 (Other)
https://openalex.org/W1969981102 (Other)
https://openalex.org/W1966376363 (Other)
https://openalex.org/W1964791917 (Other)
https://openalex.org/W1505961172 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1472568796
  • https://openalex.org/W1568870544
  • https://openalex.org/W1963846782
  • https://openalex.org/W1967717267
  • https://openalex.org/W1973190661
  • https://openalex.org/W1981060960
  • https://openalex.org/W1997106343
  • https://openalex.org/W1997244283
  • https://openalex.org/W1999984289
  • https://openalex.org/W2006824200
  • https://openalex.org/W2009963059
  • https://openalex.org/W2022652536
  • https://openalex.org/W2053082581
  • https://openalex.org/W2053249635
  • https://openalex.org/W2053328613
  • https://openalex.org/W2057327973
  • https://openalex.org/W2090392341
  • https://openalex.org/W2091300279
  • https://openalex.org/W2092909113
  • https://openalex.org/W2092943027
  • https://openalex.org/W2096965963
  • https://openalex.org/W2100837269
  • https://openalex.org/W2106665887
  • https://openalex.org/W2109964114
  • https://openalex.org/W2116923223
  • https://openalex.org/W2117975821
  • https://openalex.org/W2119152368
  • https://openalex.org/W2119878244
  • https://openalex.org/W2127037384
  • https://openalex.org/W2161174151
  • https://openalex.org/W2329250190
  • https://openalex.org/W2468599109
  • https://openalex.org/W2978984835
  • https://openalex.org/W4246385322
  • https://openalex.org/W4293247451