Published February 6, 2015
| Version v1
Publication
Open
Identification and Characterization of a Novel Phosphodiesterase from the Metagenome of an Indian Coalbed
- 1. Banaras Hindu University
- 2. University of Delhi
Description
Phosphoesterases are involved in the degradation of organophosphorus compounds. Although phosphomonoesterases and phosphotriesterases have been studied in detail, studies on phosphodiesterases are rather limited. In our search to find novel phosphodiesterases using metagenomic approach, we cloned a gene encoding a putative phosphodiesterase (PdeM) from the metagenome of the formation water collected from an Indian coal bed. Bioinformatic analysis showed that PdeM sequence possessed the characteristic signature motifs of the class III phosphodiesterases and phylogenetic study of PdeM enabled us to identify three distinct subclasses (A, B, and C) within class III phosphodiesterases, PdeM clustering in new subclass IIIB. Bioinformatic, biochemical and biophysical characterization of PdeM further revealed some of the characteristic features of the phosphodiesterases belonging to newly described subclass IIIB. PdeM is a monomer of 29.3 kDa, which exhibits optimum activity at 25°C and pH 8.5, but low affinity for bis(pNPP) as well as pNPPP. The recombinant PdeM possessed phosphodiesterase, phosphonate-ester hydrolase and nuclease activity. It lacked phosphomonoesterase, phosphotriesterase, and RNAse activities. Overexpression of PdeM in E.coli neither affected catabolite respression nor did the recombinant protein hydrolyzed cAMP in vitro, indicating its inability to hydrolyze cAMP. Although Mn2+ was required for the activity of PdeM, but addition of metals (Mn2+ or Fe3+) did not induce oligomerization. Further increase in concentration of Mn2+ upto 3 mM, increased α-helical content as well as the phosphodiesterase activity. Structural comparison of PdeM with its homologs showed that it lacked critical residues required for dimerization, cAMP hydrolysis, and for the high affinity binding of bis(pNPP). PdeM, thus, is a novel representative of new subclass of class III phosphodiesterases.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تشارك إنزيمات الفوسفوستيراز في تحلل مركبات الفوسفور العضوي. على الرغم من دراسة الفوسفومونو إسترياز والفوسفوتريستراز بالتفصيل، إلا أن الدراسات على الفوسفوديستريز محدودة إلى حد ما. في بحثنا للعثور على فوسفوديستريز جديدة باستخدام نهج metagenomic، قمنا باستنساخ جين يشفر فوسفوديستريز مفترض (PdeM) من metagenome لمياه التكوين التي تم جمعها من سرير الفحم الهندي. أظهر التحليل المعلوماتي الحيوي أن تسلسل PdeM يمتلك زخارف التوقيع المميزة للفوسفوديستريز من الفئة الثالثة والدراسة التطورية لـ PdeM مكنتنا من تحديد ثلاث فئات فرعية متميزة (A و B و C) داخل الفوسفوديستريز من الفئة الثالثة، وتجميع PdeM في الفئة الفرعية الجديدة IIIB. كما كشف التوصيف المعلوماتي الحيوي والكيميائي الحيوي والفيزيائي الحيوي لـ PdeM عن بعض السمات المميزة لأنزيمات الفوسفوديستراز التي تنتمي إلى الفئة الفرعية IIIB الموصوفة حديثًا. PdeM هو مونومر 29.3 كيلو دالتون، والذي يظهر النشاط الأمثل عند 25 درجة مئوية ودرجة الحموضة 8.5، ولكن تقارب منخفض لـ BIS(pNPP) وكذلك pNPP. يمتلك PdeM المؤتلف نشاط الفوسفوديستراز وهيدرولاز الفوسفونيت- إستر والنوكلياز. كان يفتقر إلى أنشطة الفوسفومونوستيراز والفوسفوتريستراز والحمض النووي الريبي. لم يؤثر التعبير المفرط عن PdeM في الإشريكية القولونية على تنفس المستقلب ولم يؤثر على البروتين المؤتلف المتحلل بالماء في المختبر، مما يشير إلى عدم قدرته على التحلل بالماء. على الرغم من أن Mn2 + كان مطلوبًا لنشاط PdeM، إلا أن إضافة المعادن (Mn2 + أو Fe3 +) لم تحفز الأوليغومرة. زيادة أخرى في تركيز Mn2 + تصل إلى 3 مللي متر، وزيادة المحتوى الحلزوني ألفا وكذلك نشاط الفوسفوديستراز. أظهرت المقارنة الهيكلية لـ PdeM مع متجانساتها أنها تفتقر إلى المخلفات الحرجة المطلوبة للثنائيات، والتحلل المائي للمعسكرات، ولربط التقارب العالي لـ BIS(pNPP). وبالتالي، فإن PdeM هو ممثل جديد للفئة الفرعية الجديدة من الفوسفوديستريز من الفئة الثالثة.Translated Description (French)
Les phosphoestérases sont impliquées dans la dégradation des composés organophosphorés. Bien que les phosphomonoestérases et les phosphotriestérases aient été étudiées en détail, les études sur les phosphodiestérases sont plutôt limitées. Dans notre recherche pour trouver de nouvelles phosphodiestérases en utilisant l'approche métagénomique, nous avons cloné un gène codant pour une phosphodiestérase putative (PdeM) à partir du métagénome de l'eau de formation recueillie dans un lit de charbon indien. L'analyse bioinformatique a montré que la séquence PdeM possédait les motifs de signature caractéristiques des phosphodiestérases de classe III et l'étude phylogénétique de PdeM nous a permis d'identifier trois sous-classes distinctes (A, B et C) dans les phosphodiestérases de classe III, le groupement PdeM dans la nouvelle sous-classe IIIB. La caractérisation bioinformatique, biochimique et biophysique de PdeM a en outre révélé certaines des caractéristiques des phosphodiestérases appartenant à la sous-classe IIIB nouvellement décrite. Le PdeM est un monomère de 29,3 kDa, qui présente une activité optimale à 25°C et pH 8,5, mais une faible affinité pour le bis(pNPP) ainsi que le pNPPP. Le PdeM recombinant possédait une activité phosphodiestérase, phosphonate-ester hydrolase et nucléase. Il manquait d'activités phosphomonoestérase, phosphotriestérase et ARNse. La surexpression de PdeM dans E. coli n'a pas affecté la répression des catabolites et la protéine recombinante n'a pas hydrolysé l'AMPc in vitro, indiquant son incapacité à hydrolyser l'AMPc. Bien que le Mn2+ ait été nécessaire pour l'activité du PdeM, l'ajout de métaux (Mn2+ ou Fe3+) n'a pas induit d'oligomérisation. Augmentation supplémentaire de la concentration de Mn2+ jusqu'à 3 mM, augmentation de la teneur en α-hélicoïde ainsi que de l'activité de la phosphodiestérase. La comparaison structurelle du PdeM avec ses homologues a montré qu'il manquait des résidus critiques nécessaires à la dimérisation, à l'hydrolyse de l'AMPc et à la liaison à haute affinité du bis(pNPP). Le PdeM est donc un nouveau représentant de la nouvelle sous-classe des phosphodiestérases de classe III.Translated Description (Spanish)
Las fosfoesterasas están involucradas en la degradación de compuestos organofosforados. Aunque las fosfomonoesterasas y las fosfotriesterasas se han estudiado en detalle, los estudios sobre fosfodiesterasas son bastante limitados. En nuestra búsqueda para encontrar nuevas fosfodiesterasas utilizando un enfoque metagenómico, clonamos un gen que codifica una supuesta fosfodiesterasa (PdeM) del metagenoma del agua de formación recolectada de un lecho de carbón de la India. El análisis bioinformático mostró que la secuencia PdeM poseía los motivos distintivos característicos de las fosfodiesterasas de clase III y el estudio filogenético de PdeM nos permitió identificar tres subclases distintas (A, B y C) dentro de las fosfodiesterasas de clase III, la agrupación de PdeM en la nueva subclase IIIB. La caracterización bioinformática, bioquímica y biofísica de PdeM reveló además algunos de los rasgos característicos de las fosfodiesterasas pertenecientes a la subclase IIIB recién descrita. PdeM es un monómero de 29,3 kDa, que presenta una actividad óptima a 25 °C y pH 8,5, pero baja afinidad por bis(pNPP), así como por pNPPP. El PdeM recombinante poseía actividad fosfodiesterasa, fosfonato-éster hidrolasa y nucleasa. Carecía de actividades fosfomonoesterasa, fosfotriesterasa y ARNasa. La sobreexpresión de PdeM en E. coli ni afectó la supresión del catabolito ni la proteína recombinante hidrolizó el AMPc in vitro, lo que indica su incapacidad para hidrolizar el AMPc. Aunque se requería Mn2+ para la actividad de PdeM, la adición de metales (Mn2+ o Fe3+) no inducía oligomerización. Aumento adicional de la concentración de Mn2+ hasta 3 mM, aumento del contenido de hélice α, así como de la actividad de fosfodiesterasa. La comparación estructural de PdeM con sus homólogos mostró que carecía de los residuos críticos necesarios para la dimerización, la hidrólisis de AMPc y para la unión de alta afinidad de bis(pNPP). PdeM, por lo tanto, es un nuevo representante de la nueva subclase de fosfodiesterasas de clase III.Files
journal.pone.0118075&type=printable.pdf
Files
(5.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5f2e6bed4f529d31e28f125078084104
|
5.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديد وتوصيف فوسفوديستراز جديد من ميتاجينوم سرير الفحم الهندي
- Translated title (French)
- Identification et caractérisation d'une nouvelle phosphodiestérase à partir du métagénome d'un lit de charbon indien
- Translated title (Spanish)
- Identificación y caracterización de una fosfodiesterasa novedosa a partir del metagenoma de un lecho de carbón indio
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2134003528
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0118075
References
- https://openalex.org/W1481976857
- https://openalex.org/W1543102554
- https://openalex.org/W1607931568
- https://openalex.org/W1972954712
- https://openalex.org/W1975219580
- https://openalex.org/W1984329579
- https://openalex.org/W1986191025
- https://openalex.org/W1992930517
- https://openalex.org/W1998292412
- https://openalex.org/W2012427089
- https://openalex.org/W2017427900
- https://openalex.org/W2018842011
- https://openalex.org/W2020329820
- https://openalex.org/W2022712694
- https://openalex.org/W2030925785
- https://openalex.org/W2031043237
- https://openalex.org/W2051765718
- https://openalex.org/W2052525443
- https://openalex.org/W2056744440
- https://openalex.org/W2059402338
- https://openalex.org/W2070939520
- https://openalex.org/W2075963640
- https://openalex.org/W2082667898
- https://openalex.org/W2084435060
- https://openalex.org/W2092685612
- https://openalex.org/W2094025485
- https://openalex.org/W2094600858
- https://openalex.org/W2106882534
- https://openalex.org/W2114814818
- https://openalex.org/W2119740343
- https://openalex.org/W2127609693
- https://openalex.org/W2128635872
- https://openalex.org/W2130978061
- https://openalex.org/W2135435912
- https://openalex.org/W2142529984
- https://openalex.org/W2142962510
- https://openalex.org/W2145269476
- https://openalex.org/W2158714788
- https://openalex.org/W2159628188
- https://openalex.org/W4211062846
- https://openalex.org/W4293247451