Structure of the regulatory region of nitrile hydratase genes in  Rhodococcus rhodochrous  М8, a biocatalyst for production of acrylic heteropolymers

Е. G. Grechishnikova; Гречишникова Е. Г.; А. О. Shemyakina; Шемякина А. О.; А. D. Novikov; Новиков А. Д.; Т. I. Kalinina; Калинина Т. И.; К. V. Lavrov; Лавров К. В.; А. S. Yanenko; Яненко А. С.

doi:10.31857/S0026365624040059

Структура регуляторной области генов нитрилгидратазы в Rhodococcus rhodochrous М8 – биокатализаторе для получения акриловых гетерополимеров

Авторы: Гречишникова Е.Г.¹, Шемякина А.О.¹, Новиков А.Д.¹, Калинина Т.И.¹, Лавров К.В.¹, Яненко А.С.¹
Учреждения:
1. НИЦ “Курчатовский институт”
Выпуск: Том 93, № 4 (2024)
Страницы: 432-437
Раздел: КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
URL: https://ogarev-online.ru/0026-3656/article/view/272130
DOI: https://doi.org/10.31857/S0026365624040059
ID: 272130

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Штамм Rhodococcus rhodochrous М8 является платформенным для разработки биотехнологий биокаталитического получения акриловых мономеров, сырья для получения акриловых гетерополимеров. Сконструирована генетическая система для изучения кобальт-зависимой транскрипции генов нитрилгидратазы в этом штамме, на основе репортерного гена металл-независимой ациламидазы из Rhodococcus qingshengii TA37. Показано, что кобальт-регулируемый промотор расположен на значительном удалении (около 0.5 т.п.н.) от генов нитрилгидратазы. Удаление участка между промотором и генами нитрилгидратазы существенно снижает как активность промотора, так и степень регулируемости кобальтом. Полученные результаты улучшают возможности рационального конструирования регулируемых экспрессионных кассет с использованием промотора генов нитрилгидратазы в Rhodococcus и дальнейшей разработки биокатализаторов на основе этих бактерий.

Ключевые слова

нитрилгидратаза, Rhodococcus, биокатализ, регуляция транскрипции

Полный текст

Россия, Москва

Список литературы

Busenlehner L. S., Pennella M. A., Giedroc D. P. The SmtB/ArsR family of metalloregulatory transcriptional repressors: structural insights into prokaryotic metal resistance // FEMS Microbiol. Rev. 2003. V. 27. P. 131‒143.
Coppens L., Wicke L., Lavigne R. SAPPHIRE. CNN: Implementation of dRNA-seq-driven, species-specific promoter prediction using convolutional neural networks // Comput. Struct. Biotechnol. J. 2022. V. 20. P. 4969‒4974.
Dandanell G., Valentin-Hansen P., Erik Løve Larsen J., Hammer K. Long-range cooperativity between gene regulatory sequences in a prokaryote // Nature. 1987. V. 325. P. 823‒826.
Grechishnikova E. G., Shemyakina A. O., Novikov A. D., Lavrov K. V., Yanenko A. S. Rhodococcus: sequences of genetic parts, analysis of their functionality, and development prospects as a molecular biology platform // Crit. Rev. Biotechnol. 2023. V. 43. P. 835‒850.
Jones P., Binns D., Chang H.-Y., Fraser M., Li W., McAnulla C., McWilliam H., Maslen J., Mitchell A., Nuka G. InterProScan 5: genome-scale protein function classification // Bioinformatics. 2014. V. 30. P. 1236‒1240.
Komeda H., Kobayashi M., Shimizu S. Characterization of the gene cluster of high-molecular-mass nitrile hydratase (H-NHase) induced by its reaction product in Rhodococcus rhodochrous J1 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 4267‒4272.
Lavrov K., Zalunin I., Kotlova E., Yanenko A. A new acylamidase from Rhodococcus erythropolis TA37 can hydrolyze N-substituted amides // Biochemistry (Moscow). 2010. V. 75. P. 1006‒1013.
Lavrov K., Larikova G., Yanenko A. Novel biocatalytic process of N-substituted acrylamide synthesis // Appl. Biochem. Microbiol. 2013. V. 49. P. 702‒705.
Lavrov K., Yanenko A. Cloning of new acylamidase gene from Rhodococcus erythropolis and its expression in Escherichia coli // Russ. J. Genet. 2013. V. 49. P. 1078‒1081.
Lavrov K., Novikov A., Ryabchenko L., Yanenko A. Expression of acylamidase gene in Rhodococcus erythropolis strains // Russ. J. Genet. 2014. V. 50. P. 1003‒1007.
Lavrov K., Grechishnikova E., Shemyakina A., Novikov A., Kalinina T., Epremyan A., Glinskii S., Minasyan R., Voronin S., Yanenko A. Optimization of the expression of nitrilase from Alcaligenes denitrificans in Rhodococcus rhodochrous to improve the efficiency of biocatalytic synthesis of ammonium acrylate // Appl. Biochem. Microbiol. 2019. V. 55. P. 861‒869.
Lavrov K. V., Shemyakina A. O., Grechishnikova E. G., Novikov A. D., Derbikov D. D., Kalinina T. I., Yanenko A. S. New cblA gene participates in regulation of cobalt-dependent transcription of nitrile hydratase genes in Rhodococcus rhodochrous // Res. Microbiol. 2018. V. 169. P. 227‒236.
Markham N. R., Zuker M. UNAFold: software for nucleic acid folding and hybridization // Methods Mol. Biol. 2008. V. 453. P. 3‒31.
Mukherjee S., Sengupta S. Riboswitch Scanner: an efficient pHMM-based web-server to detect riboswitches in genomic sequences // Bioinformatics. 2016. V. 32. P. 776‒778.
Nawrocki E. P., Eddy S. R. Infernal 1.1: 100-fold faster RNA homology searches // Bioinformatics. 2013. V. 29. P. 2933‒2935.
Novikov A. D., Lavrov K. V., Kasianov A. S., Topchiy M. A., Gerasimova T. V., Yanenko A. S. Complete genome sequence of Rhodococcus sp. strain M8, a platform strain for acrylic monomer production // Microbiol. Resour. Announce. 2021. V. 10. № 10. Art. e01314-20. https://doi.org/10.1128/mra. 01314-20
Nudler E., Mironov A. S. The riboswitch control of bacterial metabolism // Trends Biochem. Sci. 2004. V. 29. P. 11‒17.
Pogorelova T. E., Ryabchenko L. E., Sunzov N. I., Yanenko A. S. Cobalt-dependent transcription of the nitrile hydratase gene in Rhodococcus rhodochrous M8 // FEMS Microbiol. Lett. 1996. V. 144. P. 191‒195.
Reese M. G. Application of a time-delay neural network to promoter annotation in the Drosophila melanogaster genome // Comput. Chem. 2001. V. 26. P. 51‒56.
Reuter J. S., Mathews D. H. RNAstructure: software for RNA secondary structure prediction and analysis // BMC Bioinf. 2010. V. 11. P. 1‒9.
Riabchenko L., Podcherniaev D., Kotlova E., Ianenko A. Cloning the amidase gene from Rhodococcus rhodochrous M18 and its expression in Escherichia coli // Genetika. 2006. V. 42. P. 1075‒1082.
Rice P., Longden I., Bleasby A. EMBOSS: the European molecular biology open software suite // Trends Genet. 2000. V. 16. P. 276‒277.
Shemyakina A. O., Grechishnikova E. G., Novikov A. D., Asachenko A. F., Kalinina T. I., Lavrov K. V., Yanenko A. S. A set of active promoters with different activity profiles for superexpressing Rhodococcus Strain // ACS Synth. Biol. 2021. V. 10. P. 515‒530.
Tatusova T., DiCuccio M., Badretdin A., Chetvernin V., Nawrocki E. P., Zaslavsky L., Lomsadze A., Pruitt K. D., Borodovsky M., Ostell J. NCBI prokaryotic genome annotation pipeline // Nucleic Acids Res. 2016. V. 44. P. 6614‒6624.

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Структуры ДНК-локусов, описываемых в работе: a ‒ гены кластера НГ в R. rhodochrous M8. nhmC, nhmD – гены амид-зависимых регуляторов транскрипции генов НГ, ΔnhmE – предположительная открытая рамка считывания с неизвестной функцией, Pnh569 – регуляторная область генов НГ, nhmB, nhmA – гены β и α субъединиц НГ соответственно, nhmG – ген белка-металлошаперона НГ, cblA – ген кобальт-зависимого регулятора транскрипции генов НГ; б ‒ предполагаемые промоторы (Р1 и Р2) и сайты связывания кобальт-зависимого регулятора cblA (пары стрелок 1–6) в регуляторной области Pnh569 перед геном nhmB; в ‒ структура кластера генов НГ в штаммах R. rhodochrous M33 и R. rhodochrous M33 aam (в последнем гены nhmBA заменены на ген ациламидазы aam). ΔnhmD – частично делетированный nhmD.

Скачать (134KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Сравнение активностей промотора НГ по уровням транскрипции и активности репортерного гена aam: a ‒ ациламидазные активности клеток в штамме R. rhodochrous М33 aam, выращенных с добавкой и без добавки CoCl2; б ‒ уровни транскрипции оперона Pnh569-nhmBAG в штаммах R. rhodochrous М8, М33 и оперона Pnh569-aam-nhmG в штамме R. rhodochrous М33 aam, выращенных в присутствии и в отсутствие CoCl2, определенные с помощью RT-qPCR. Все данные получены при отборе клеток, находящихся в экспоненциальной фазе роста.

Скачать (67KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Структуры делеционных вариантов регуляторной области Pnh569 (слева), ациламидазные активности (в середине) и относительное количество мРНК aam-nhmG (справа) в штаммах R. rhodochrous, содержащих репортерный ген aam под контролем этих вариантов. a ‒ Варианты регуляторной области, протестированные в составе экспрессионной кассеты PnhN-aam-nhmG-cblA на автономной плазмиде pRY16 в штамме R. rhodochrous M50 (стационарные культуры); б ‒ варианты регуляторной области, протестированные в составе такой же экспрессионной кассеты, введенной в хромосому штамма R. rhodochrous M33 aam (экспоненциально растущие культуры).

Скачать (127KB)

Метаданные

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация