Novel function of heliorhodopsin in regulation of glutamine synthetase activity
- 주제어 (키워드) rhodopsin , glutamine synthetase , membrane protein , enzyme activity , 로돕신 , 글루타민 합성효소 , 막단백질 , 효소 활성
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정광환
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000070131
- UCI I804:11029-000000070131
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Photoreceptors are light-sensitive proteins found in various organisms that respond to light and relay signals into the cells. Heliorhodopsin, a retinal-binding membrane protein, has been recently discovered, however its function remains unknown. Herein, I investigated the relationship between Actinobacteria bacterium IMCC26103 heliorhodopsin (AbHeR) and an adjacent glutamine synthetase (AbGS) in the same operon. I demonstrate that AbHeR binds to AbGS and regulates AbGS activity. More specifically, the dissociation constant (Kd) value of the binding between AbHeR and AbGS is 6.06 μM. Moreover, the absence of positively charged residues within the intracellular loop of AbHeR impacted Kd value as they serve as critical binding sites for AbGS. I also confirm that AbHeR upregulates the biosynthetic enzyme activity of AbGS both in vitro and in vivo in the presence of light. GS is a key enzyme involved in nitrogen assimilation that catalyzes the conversion of glutamate and ammonia to glutamine. Hence, the interaction between AbHeR and AbGS may be critical for nitrogen assimilation in Actinobacteria bacterium IMCC26103 as it survives in low-nutrient environments. Overall, the findings of my study describe, for the first time, a novel function of heliorhodopsin as a regulatory rhodopsin with the capacity to bind and regulate enzyme activity required for nitrogen assimilation.
more초록 (요약문)
다양한 생물에서 발견되는 광수용체는 빛에 의해 활성화되어 신호를 세포로 전달하는 빛을 인식하는 단백질이다. 망막결합 막단백질인 헬리오로돕신(heliorhodopsin)이 최근에 발견되었지만, 그 기능은 알려지지 않았다. 본연구에서는 동일한 오페론에 존재하는 Actinobacteria bacteria IMCC26103 헬리오로돕신(AbHeR)와 인접한 유전자인 글루타민 합성효소(glutamine synthetase, AbGS)의 관계를 조사하였다. AbHeR이 AbGS에 결합하고 AbGS 활성을 조절한다는 것을 증명하였으며 AbHeR과 AbGS의 결합의 해리 상수(Kd) 값은 6.06 μM이었다. 또한, AbHeR의 세포내 루프에서 양전하를 띤 잔기가 돌연변이 되면 Kd 값에 영향을 미치는 것을 보아 AbGS에 대한 중요한 결합 부위로 작용하는 것을 확인하였다. 또한 빛에 의해 활성화된 AbHeR은 시험관 및 세포 실험에서 AbGS의 생합성 효소 활성을 향상시키는 것이 보였다. 글루타민 합성효소는 글루탐산과 암모니아를 글루타민으로 전환을 촉매하는 질소 동화에 관여하는 핵심 효소이다. 따라서, AbHeR과 AbGS의 상호작용은 Actinobacteria bacteria IMCC26103이 저영양 환경 서식지에서 발견되었으므로 생존 조건에 질소 동화가 중요할 수 있다. 그러므로, 본 연구 결과는 처음으로 질소 동화에 필요한 효소 활성에 결합하고 조절하는 능력을 가진 조절 로돕신으로서 헬리오로돕신의 새로운 기능을 밝혔다.
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