NAD+-dependent format dehydrogenase from the thermotolerant yeast ogataea parapolymorpha: properties and protein engineering of the n-terminal sequence

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Previously, the gene of formate dehydrogenase (FDH, EC 1.2.1.2) from the thermotolerant methylotrophic yeast Ogataea parapolymorpha DL 1 (OpaFDH) was cloned in our laboratory. The recombinant enzyme with an additional glycine amino acid residue (OpaFDH_GK) was obtained in Escherichia coli cells in an active and soluble form with a yield of more than 1 g per liter of medium. In the present work, a detailed comparison of this enzyme with FDH from other sources was carried out. Among eukaryotic formate dehydrogenases, OpaFDH has the highest thermal stability. To elucidate the effect of the N-terminal residue on the properties of the enzyme, OpaFDH_K (identical to natural) and OpaFDH_AK variants containing an additional Ala residue at the N-terminus were also obtained. It was shown that the addition of an Ala residue to the N-terminus reduces the rate constant of thermal inactivation four times compared with the addition of a Gly residue. The addition of six more histidine residues to the N-terminus of OpaFDH_AK leads to an acceleration of purification, practically does not affect the kinetic parameters, but somewhat reduces the temperature stability, which, however, can be restored to the level of OpaFDH_AK by adding 0.5 M NaCl.

About the authors

A. A Pometun

Bach Institute of Biochemistry, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences;Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

Email: aapometun@gmail.com
119071 Moscow, Russia;119991 Moscow, Russia

L. A Shaposhnikov

Bach Institute of Biochemistry, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences;Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

119071 Moscow, Russia;119991 Moscow, Russia

S. A Zubanova

Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

119991 Moscow, Russia

R. P Kovalevskii

Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

119991 Moscow, Russia

D. L Atroshenko

Bach Institute of Biochemistry, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences;Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

119071 Moscow, Russia;119991 Moscow, Russia

E. V Pometun

Sechenov First Moscow State Medical University

119991 Moscow, Russia

S. S Savin

Bach Institute of Biochemistry, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences;Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

119071 Moscow, Russia;119991 Moscow, Russia

V. I Tishkov

Bach Institute of Biochemistry, Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences;Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

Email: vitishkov@gmail.com
119071 Moscow, Russia;119991 Moscow, Russia

References

  1. Tishkov, V. I., and Popov, V. O. (2004) Catalytic mechanism and application of formate dehydrogenase, Biochemistry (Moscow), 69, 1252-1267, doi: 10.1007/s105410050071x.
  2. Tishkov, V. I., and Popov, V. O. (2006) Protein engineering of formate dehydrogenase, Biomol. Eng., 23, 89-110, doi: 10.1016/j.bioeng.2006.02.003.
  3. Alekseeva, A. A., Savin, S. S., and Tishkov, V. I (2011) NAD+-dependent formate dehydrogenase from plants, Acta Naturae, 3, 38-54, doi: 10.32607/20758251-2011-3-4-38-54.
  4. Tishkov, V. I., Pometun, A. A., and Savin, S. S. (2023) Formate dehydrogenase: from NAD(P)H regeneration to targeting pathogen biofilms, composing highly efficient hybrid biocatalysts and atmospheric CO2 fixation, Moscow Univ. Chem. Bull., 78, 151-169, doi: 10.3103/S0027131423040077.
  5. Kragl, U., Kruse, W., Hummel, W., and Wandrey, C. (1996) Enzyme engineering aspects of biocatalysis: cofactor regeneration as example, Biotechnol. Bioeng., 52, 309-319, doi: 10.1002/(SICI)1097-0290.
  6. Tishkov, V. I., Galkin, A. G., Marchenko, G. N., Tsygankov, Y. D., and Egorov, A. M. (1993) Formate dehydrogenase from methylotrophic bacterium Pseudomonas sp. 101: gene cloning and expression in Escherichia coli, Biotechnol. Appl. Biochem., 18, 201-207.
  7. Yu, S., Zhu, L., Zhou, C., An, T., Zhang, T., Jiang, B., and Mu, W. (2014) Promising properties of a formate dehydrogenase from a methanol-assimilating yeast Ogataea parapolymorpha DL-1 in His-tagged form, Appl. Microbiol. Biotechnol., 98, 1621-1630, doi: 10.1007/s00253-013-4996-5.
  8. Tishkov, V. I., Pometun, A. A., Stepashkina, A. V., Fedorchuk, V. V., Zarubina, S. A., Kargov, I. S., Atroshenko, D. L., Parshin, P. D., Kovalevski, R. P., Boiko, K. M., Eldarov, M. A., D'Oronzo, E., Facheris, S., Secundo, F., and Savin, S. S. (2018) Rational design of practically important enzymes, Moscow Univ. Chem. Bull., 73, 1-6, doi: 10.3103/S0027131418020153.
  9. Pometun, A. A., Kleymenov, S. Y., Zarubina, S. A., Kargov, I. S., Parshin, P. D., Sadykhov, E. G., Savin, S. S., and Tishkov, V. I. (2018) Comparison of thermal Stability of new formate dehydrogenases by differential scanning calorimetry, Moscow Univ. Chem. Bull., 73, 80-84, doi: 10.3103/S002713141802013X.
  10. Pometun, A. A., Boyko, K. M., Zubanova, S. A., Nikolaeva, A. Yu., Atroshenko, D. L., Savin, S. S., and Tishkov, V. I. (2021) Preparation of recombinant formate dehydrogenase from thermotolerant yeast Ogataea parapolymorpha and crystallization of its apo- and holo-forms, Moscow Univ. Chem. Bull., 76, 49-55, doi: 10.3103/S0027131421010120.
  11. Rojkova, A. M., Galkin, A. G., Kulakova, L. B., Serov, A. E., Savitsky, P. A., Fedorchuk, V. V., and Tishkov, V. I. (1999) Bacterial formate dehydrogenase. Increasing the enzyme thermal stability by hydrophobization of alpha-helices, FEBS Lett., 445, 183-188, doi: 10.1016/S0014-5793(99)00127-1.
  12. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. (1991) Справочник биохимика, Мир, Москва, ISBN 5-03-001032-7.
  13. Varshavsky, A. (2011) The N-end rule pathway and regulation by proteolysis, Protein Sci., 20, 1298-1345, doi: 10.1002/pro.666.
  14. Klyushnichenko, V., Tishkov, V., and Kula, M.-R. (1997) Rapid SDS-gel capillary electrophoresis for the analysis of recombinant NADP+-dependent formate dehydrogenase during expression in E. coli cells and purification, J. Biotechnol., 58, 187-195, doi: 10.1016/S0168-1656(97)00149-1.
  15. Pometun, A. A., Parshin, P. D., Galanicheva, N. P., Uporov, I. V., Atroshenko, D. L., Savin, S. S., and Tishkov, V. I. (2020) Influence of His6 sequence on the properties of formate dehydrogenase from bacterium Pseudomonas sp. 101, Moscow Univ. Chem. Bull., 75, 250-257, doi: 10.3103/S0027131420040057.
  16. Shaposhnikov, L. A., Savin, S. S., Atroshenko, D. L., Chubar, T. A., Pometun, E. V., Tishkov, V. I., and Pometun, A. A. (2023) Engineering the N-terminal sequence of Glycine max soybean formate dehydrogenase, Moscow Univ. Chem. Bull., 78, 220-230, doi: 10.3103/S0027131423040053.
  17. Hatrongjit, R., and Packdibamrung, K. (2010) A novel NADP-dependent formate dehydrogenase from Burkholderia stabilis 15516: Screening, purification and characterization, Enzyme Microb. Technol., 46, 557-561, doi: 10.1016/j.enzmictec.2010.03.002.
  18. Ding, H. T., Liu, D. F., Li, Z. L., Du, Y. Q., Xu, X. H., and Zhao, Y. H. (2011) Characterization of a thermally stable and organic solvent-adaptative NAD+-dependent formate dehydrogenase from Bacillus sp. F1, J. Appl. Microbiol., 111, 1075-1085, doi: 10.1111/j.1365-2672.2011.05124.x.
  19. Andreadeli, A., Flemetakis, E., Axarli, I., Dimou, M., Udvardi, M. K., Katinakis, P., and Labrou, N. E. (2009) Cloning and characterization of Lotus japonicus formate dehydrogenase: a possible correlation with hypoxia, Biochim. Biophys. Acta, 1794, 976-984, doi: 10.1016/j.bbapap.2009.02.009.
  20. Pometun, A. A., Voinova, N. S., Pometun, E. V., Savin, S. S., and Tishkov, V. I. (2018) Effect of medium pH and ion strength on the thermal stability of plant formate dehydrogenases, Moscow Univ. Chem. Bull., 73, 199-203, doi: 10.3103/S0027131418040077.
  21. Cornish-Bowden, A. (2012) in Fundamentals of Enzyme Kinetic 4th Ed., Wiley-Blackwell, Singapore, p. 18-20.
  22. Tishkov, V. I., Goncharenko, K. V., Alekseeva, A. A., Kleymenov, S. Yu, and Savin, S. S. (2015) Role of a structurally equivalent phenylalanine residue in catalysis and thermal stability of formate dehydrogenases from different sources, Biochemistry (Moscow), 80, 1690-1700, doi: 10.1134/S0006297915130052.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».