Die Peroxidase-Aktivität Selenocystein-haltiger Proteine des strikt anaeroben Bakteriums Eubacterium acidaminophilum

Abstract

Eubacterium acidaminophilum ist ein gram positives obligat anaerobes Stäbchen, welches in das Cluster XI der Clostridien eingeordnet wird. Es ist in der Lage, Aminosäuren in einer Stickland-Reaktion zu verwerten, wobei Glycin als alleinige Energie- und Kohlenstoff-Quelle genutzt werden kann. E. acidaminophilum zeichnet sich durch das Vorhandensein von mindestens acht Selenocystein-haltigen Proteinen aus. Zu diesen gehört ein 22 kDa großes Protein (PrxU) mit hohen Homologien zu Peroxiredoxinen. Diese Art von Proteinen gehört zu einem Enzymsystem, welches die NADPH-abhängige Reduktion von H2O2 und Alkylhydroperoxiden katalysiert. Im Rohextrakt von E. acidaminophilum konnte sowohl mit NADPH als auch mit DTT als Elektronendonatoren eine entsprechende Aktivität detektiert werden. Die Reinigung der DTT-abhängigen Peroxidase-Aktivität führte zur Anreicherung von drei Proteinen (47, 25 und 22 kDa), die zu den Proteinen GrdB und dem prozessierten GrdE, den Untereinheiten des Protein B der Glycinreduktase, korrespondierten. Die gereinigten Proteine wurde biochemisch charakterisiert. Das Selenocystein, sowie mindestens ein benachbartes Cystein (UxxCxxC) in GrdB sind an der Peroxid-Reduktion beteiligt. GrdE scheint eine Chaperon-ähnliche Funktion auf GrdB auszuüben. Die NADPH-abhängige Peroxidaseaktivität konnte durch Zugabe von Thioredoxin, Thioredoxin-Reduktase, GrdA und dem putativen redoxaktiven Protein PrpU nicht komplementiert werden. Das Selenoperoxiredoxin PrxU wurde in Escherichia coli als Strep-tagII-Fusionsprotein heterolog synthetisiert und anschließend gereinigt. Es zeigte ein DTT-abhängige Peroxidaseaktivität für Linolsäurehydroperoxid. Das Selenocystein ist dabei essentiell für die enzymatische Aktivität. Als nativer Elektronendonor wird ein bislang unbekanntes Biothiol vermutet.

E. acidaminophilum is a strict anaerobic, gram positive, rod-shaped bacterium, which belongs to the cluster XI of clostridia. It ferments amino acids in a stickland type of reaction. Glycine can be used as the only source of carbon and energy. E. acidaminophilum possesses at least eight selenocysteine-containing proteins. One of these, PrxU, is a protein with a molecular mass of 22 kDa and significant homologies to members of the peroxiredoxin family. These kind of proteins belongs to an enzyme system, that catalyzes the reduction of hydrogen peroxide and organic hydroperoxides. Crude extract of E. acidaminophilum exhibits a corresponding enzyme activity by using NADPH or DTT as electron donor. By purification of the DTT-dependent activity, three proteins (47, 25, and 22 kDa) were obtained, which corresponded to GrdB and the processed GrdE forming together protein B of glycine reductase. The purified proteins were biochemically characterized. The selenocysteine as well as at least one of the neighboring cysteines (UxxCxxC) in GrdB are involved in catalysis of peroxide reduction. GrdE seemed to have chaperon-like activity toward GrdB. The NADPH-dependent activity could not be restored by adding thioredoxin, thioredoxin reductase, GrdA and the putative redox-active protein PrpU. The selenoperoxiredoxin PrxU was heterologously synthesized in Escherichia coli and following purified. It exhibited DTT-dependent enzyme activity in the presence of linoleic acid hydroperoxide. The selenocysteine was essential for activity. As native electron donor a unknown bio-thiol was postulated.