Published November 14, 2011
| Version v1
Publication
Open
Amino Acids Involved in Polyphosphate Synthesis and Its Mobilization Are Distinct in Polyphosphate Kinase-1 from Mycobacterium tuberculosis
- 1. Institute of Microbial Technology
- 2. Council of Scientific and Industrial Research
Description
Background In bacteria polyphosphates (poly-P) are involved in cellular metabolism and development especially during stress. The enzyme, principally involved in polyphosphate biosynthesis and its mobilization leading to generation of NTPs, is known as polyphosphate kinase (PPK). Principal Findings Among two genes of polyphosphate kinases present in Mycobacterium tuberculosis, we cloned and expressed PPK1 in Escherichia coli as histidine-tagged protein. This ∼86 kDa protein is capable of autophosphorylation and synthesis of poly-P as well as NTP. Among 22 conserved histidine residues, we found only His-491 is autophosphorylated and crucial for any enzymatic activity. Substitution of His-510 caused mPPK1 protein deficient but not defective in autophosphorylation, thereby contrary to earlier reports negating any role of this residue in the process. However, mutation of His-510 with either Ala or Gln affected ATP or poly-P synthesis depending on the substitution; while such effects were severe with H510A but mild with H510Q. Furthermore, mPPK1 also renders auxiliary nucleotide diphosphate kinase function by synthesizing virtually all NTPs/dNTPs from their cognate NDPs/dNDPs by utilizing poly-P as the phosphate donor albeit with varied efficiency. To assess the influence of other catalytic domain residues of mPPK1 towards its functionality, we designed mutations based on E. coli PPK1 crystal structure since it owes 68% amino acid sequence similarity with mPPK1. Interestingly, our results revealed that mutations in mPPK1 affecting poly-P synthesis always affected its ATP synthesizing ability; however, the reverse may not be true. Conclusions/Significance We conclude that amino acid residues involved in poly-P and ATP synthesizing activities of mPPK1 are distinct. Considering conserved nature of PPK1, it seems our observations have broader implications and not solely restricted to M. tuberculosis only.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلفية في البكتيريا تشارك البولي فوسفات (poly - P) في التمثيل الغذائي الخلوي والتطور خاصة أثناء الإجهاد. يُعرف الإنزيم، الذي يشارك بشكل أساسي في التخليق الحيوي للبولي فوسفات وتعبئته مما يؤدي إلى توليد NTPs، باسم كيناز البولي فوسفات (PPK). النتائج الرئيسية من بين جينين من كينازات البولي فوسفات الموجودة في المتفطرة السلية، قمنا باستنساخ والتعبير عن PPK1 في الإشريكية القولونية كبروتين موسوم بالهيستيدين. هذا البروتين 86 كيلو دالتون قادر على الفسفرة الذاتية وتوليف poly - P وكذلك NTP. من بين 22 من بقايا الهيستيدين المحفوظة، وجدنا أن His -491 فقط هو ذاتي الفسفرة وحاسم لأي نشاط إنزيمي. تسبب استبدال His -510 في نقص بروتين mPPK1 ولكنه ليس معيبًا في الفسفرة الذاتية، مما يتعارض مع التقارير السابقة التي تنفي أي دور لهذه البقايا في العملية. ومع ذلك، فإن طفرة His -510 مع ALA أو Gln أثرت على تخليق ATP أو poly - P اعتمادًا على الاستبدال ؛ في حين أن هذه التأثيرات كانت شديدة مع H510A ولكنها خفيفة مع H510Q. علاوة على ذلك، يقدم mPPK1 أيضًا وظيفة كيناز ثنائي فوسفات النوكليوتيد المساعدة من خلال توليف جميع NTPs/dNTPs تقريبًا من NDPs/dNDPs المشابهة من خلال استخدام poly - P كمتبرع بالفوسفات وإن كان بكفاءة متنوعة. لتقييم تأثير بقايا المجال التحفيزي الأخرى لـ mPPK1 تجاه وظائفه، قمنا بتصميم طفرات بناءً على البنية البلورية لـ E. coli PPK1 لأنها تدين بنسبة 68 ٪ من تشابه تسلسل الأحماض الأمينية مع mPPK1. ومن المثير للاهتمام أن نتائجنا كشفت أن الطفرات في mPPK1 التي تؤثر على تخليق poly - P تؤثر دائمًا على قدرتها على توليف ATP ؛ ومع ذلك، قد لا يكون العكس صحيحًا. الاستنتاجات/الأهمية نستنتج أن بقايا الأحماض الأمينية المشاركة في أنشطة توليف poly - P و ATP لـ mPPK1 متميزة. بالنظر إلى الطبيعة المحفوظة لـ PPK1، يبدو أن ملاحظاتنا لها آثار أوسع ولا تقتصر فقط على مرض السل.Translated Description (French)
Contexte Chez les bactéries, les polyphosphates (poly-P) sont impliqués dans le métabolisme et le développement cellulaires, en particulier pendant le stress. L'enzyme, principalement impliquée dans la biosynthèse des polyphosphates et sa mobilisation conduisant à la génération de NTP, est connue sous le nom de polyphosphate kinase (PPK). Principaux résultats Parmi deux gènes de polyphosphate kinases présents dans Mycobacterium tuberculosis, nous avons cloné et exprimé PPK1 dans Escherichia coli en tant que protéine marquée à l'histidine. Cette protéine d'environ86 kDa est capable d'autophosphorylation et de synthèse de poly-P ainsi que de NTP. Parmi les 22 résidus histidine conservés, nous avons trouvé que seul His-491 est autophosphorylé et crucial pour toute activité enzymatique. La substitution de His-510 a provoqué une protéine mPPK1 déficiente mais non défectueuse dans l'autophosphorylation, contrairement aux rapports antérieurs niant tout rôle de ce résidu dans le processus. Cependant, la mutation de His-510 avec Ala ou Gln a affecté la synthèse de l'ATP ou du poly-P en fonction de la substitution ; alors que de tels effets étaient sévères avec H510A mais légers avec H510Q. En outre, mPPK1 rend également la fonction de la diphosphate kinase nucléotidique auxiliaire en synthétisant pratiquement tous les NTP/dNTP à partir de leurs NDP/dNDP apparentés en utilisant le poly-P comme donneur de phosphate, mais avec une efficacité variée. Pour évaluer l'influence d'autres résidus de domaine catalytique de mPPK1 sur sa fonctionnalité, nous avons conçu des mutations basées sur la structure cristalline PPK1 d'E. coli car elle doit 68% de similarité de séquence d'acides aminés avec mPPK1. Fait intéressant, nos résultats ont révélé que les mutations de mPPK1 affectant la synthèse de poly-P affectaient toujours sa capacité de synthèse d'ATP ; cependant, l'inverse peut ne pas être vrai. Conclusions/Importance Nous concluons que les résidus d'acides aminés impliqués dans les activités de synthèse du poly-P et de l'ATP de la mPPK1 sont distincts. Compte tenu de la nature conservée de PPK1, il semble que nos observations aient des implications plus larges et ne se limitent pas uniquement à M. tuberculosis.Translated Description (Spanish)
Antecedentes En las bacterias, los polifosfatos (poli-P) están involucrados en el metabolismo y desarrollo celular, especialmente durante el estrés. La enzima, principalmente involucrada en la biosíntesis de polifosfatos y su movilización que conduce a la generación de NTP, se conoce como polifosfato quinasa (PPK). Hallazgos principales Entre dos genes de polifosfato quinasas presentes en Mycobacterium tuberculosis, clonamos y expresamos PPK1 en Escherichia coli como proteína marcada con histidina. Esta proteína de ~86 kDa es capaz de autofosforilación y síntesis de poli-P, así como de NTP. Entre los 22 residuos de histidina conservados, encontramos que solo His-491 está autofosforilado y es crucial para cualquier actividad enzimática. La sustitución de His-510 causó que la proteína mPPK1 fuera deficiente pero no defectuosa en la autofosforilación, lo que es contrario a los informes anteriores que negaban cualquier papel de este residuo en el proceso. Sin embargo, la mutación de His-510 con Ala o Gln afectó la síntesis de ATP o poli-P dependiendo de la sustitución; mientras que dichos efectos fueron graves con H510A pero leves con H510Q. Además, mPPK1 también realiza la función de nucleótido difosfato quinasa auxiliar mediante la síntesis de prácticamente todos los NTP/dNTP a partir de sus NDP/dNDP afines mediante la utilización de poli-P como donante de fosfato, aunque con una eficiencia variada. Para evaluar la influencia de otros residuos del dominio catalítico de mPPK1 hacia su funcionalidad, diseñamos mutaciones basadas en la estructura cristalina de PPK1 de E. coli, ya que debe un 68% de similitud de secuencia de aminoácidos con mPPK1. Curiosamente, nuestros resultados revelaron que las mutaciones en mPPK1 que afectan la síntesis de poli-P siempre afectaron su capacidad de síntesis de ATP; sin embargo, lo contrario puede no ser cierto. Conclusiones/Importancia Concluimos que los residuos de aminoácidos implicados en las actividades de síntesis de poli-P y ATP de mPPK1 son distintos. Teniendo en cuenta la naturaleza conservada de PPK1, parece que nuestros comentarios tienen implicaciones más amplias y no se limitan únicamente a M. tuberculosis.Files
journal.pone.0027398&type=printable.pdf
Files
(743.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cb85598d7233b4a42442f99795bd76b2
|
743.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تتميز الأحماض الأمينية المشاركة في تخليق البولي فوسفات وتعبئته في البولي فوسفات كيناز-1 عن المتفطرة السلية
- Translated title (French)
- Les acides aminés impliqués dans la synthèse du polyphosphate et sa mobilisation sont distincts dans la polyphosphate kinase-1 de Mycobacterium tuberculosis
- Translated title (Spanish)
- Los aminoácidos involucrados en la síntesis de polifosfatos y su movilización son distintos en la polifosfato quinasa-1 de Mycobacterium tuberculosis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2016838463
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0027398
References
- https://openalex.org/W1492326072
- https://openalex.org/W1514986543
- https://openalex.org/W1975045527
- https://openalex.org/W1990194240
- https://openalex.org/W2004762052
- https://openalex.org/W2009709865
- https://openalex.org/W2017914648
- https://openalex.org/W2021965561
- https://openalex.org/W2022167606
- https://openalex.org/W2028916701
- https://openalex.org/W2039589393
- https://openalex.org/W2041758376
- https://openalex.org/W2046212076
- https://openalex.org/W2046824381
- https://openalex.org/W2053229417
- https://openalex.org/W2060913542
- https://openalex.org/W2072069024
- https://openalex.org/W2077493018
- https://openalex.org/W2082965784
- https://openalex.org/W2083599146
- https://openalex.org/W2095721618
- https://openalex.org/W2099723868
- https://openalex.org/W2101191346
- https://openalex.org/W2106882534
- https://openalex.org/W2107572522
- https://openalex.org/W2110704657
- https://openalex.org/W2120230644
- https://openalex.org/W2123233366
- https://openalex.org/W2124034343
- https://openalex.org/W2128635872
- https://openalex.org/W2133378792
- https://openalex.org/W2138025597
- https://openalex.org/W2145257941
- https://openalex.org/W2145301793
- https://openalex.org/W2145505389
- https://openalex.org/W2153078809
- https://openalex.org/W2156960269
- https://openalex.org/W2157612594
- https://openalex.org/W2158836491
- https://openalex.org/W2333318732
- https://openalex.org/W2346921005
- https://openalex.org/W2406675931
- https://openalex.org/W255996521
- https://openalex.org/W44698653