Please use this identifier to cite or link to this item: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18062
Title: การศึกษาโปรตีนสารพิษ Alpha-Hemolysin (HlyA) ของเชื้อ Escherichia coli สายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโรคติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ
Other Titles: Characterization of Alpha-Hemolysin (HlyA) Toxin Protein from Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) Strain
Authors: วนิศา สะแลแม
กนกพร ปานทอง
Faculty of Science (Biochemistry)
คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาชีวเคมี
Keywords: UPEC, Hemolysin A, HlyA, HlyC;Escherichia coli;ลำดับกรดอะมิโน;โปรตีน การวิเคราะห์
Issue Date: 2022
Publisher: มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
Abstract: Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) is the main cause of urinary tract infection (UTI) worldwide. The exotoxin hemolysin A (HlyA) is a virulence factor that plays important role in the mechanism of UTI and indicates the severity of UTI symptoms. HlyA induces the pore formation in membrane of the host cells. It functions as the active HlyA which is activated by HlyC in the acylation reaction. The main objective of this research is to express and purify both HlyA and HlyC proteins as well as to preliminary study the biochemical properties. Constructing the recombinant plasmids pET17b-hlyA encoding HlyA and pET17b-hlyC encoding HlyC by using UPEC genomics isolated from UTI patients admitted to the hospital in southern Thailand as a template revealed that nucleotide sequences of hlyA and hlyC genes were different from other UPEC strains i.e. CFT073, J96 and UTI89, with the most similarity to CFT073 corresponding to 99.2% and 98.8%, respectively. The UPEC strain of this research was therefore designated as strain MNT08. Both HlyA and HlyC proteins were overexpressed as insoluble proteins at 37 °C and 25 °C respectively in E. coli strain BL21(DE3). After a single-step purification using Ni-NTA affinity chromatography , the purified HlyA and HlyC proteins were analysed by SDS-PAGE revealing a molar mass of approximately 110 kDa and 19 kDa, respectively. Based on mass spectrometry, the purified HlyA protein was identified as hemolysin with 55% similarity to hemolysin encoded by hlyA gene from UPEC (Accession number: P09983) while HlyC had 56% similarity to hemolysin-activating lysine-acyltransferase HlyC from UPEC (Accession number: P09984). HlyA is expressed as an unfolded protein called pro-HlyA. Normally, pro-HlyA can folding in the condition with Ca2+, which is interaction on the RTX domain. HlyA was successfully folded in a buffer containing 50 mM Tris-HCl pH 7.4, 50 mM NaCl, and 20 mM CaCl2. A preliminary study on the structural and functional relationships of proteins. The three-dimensional structural of the HlyA protein was created using SWISS-MODEL. A homology model of HlyA protein was generated using the structure of CyaA from Bordetella pertussis, which has a T1SS secretion system like HlyA from E. coli, as the most suitable template. The model was predicted as a monomer covering 339 amino acids at the C-terminus (residues 612-950). Due to the limitation of short-length template, the model in this research was able to predict only one-third portion of HlyA structure. Meanwhile, ApxC of Actinobacillus pleuropneumoniae was used as a template for homology modeling of HlyC. The HlyC model was built as a homodimer covering 167 amino acids (residues 3-169), accounting for 98.2% of the total amino acid residues. To sum up, this research is only a preliminary study providing useful information for further functional and structural studies of the full length HlyA using X-ray crystallography in order to acquire a better understanding of the pore formation in UTI mechanism.
Abstract(Thai): แบคทีเรีย Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) เป็นสาเหตุหลักของการติดเชื้อระบบทางเดินปัสสาวะทั่วโลก โปรตีนสารพิษ Hemolysin A (HlyA) เป็น virulence factor ที่สำคัญต่อกลไกการติดเชื้อและสามารถบ่งบอกถึงระดับความรุนแรงของโรคได้ โดยโปรตีน HlyA ทำลายเนื้อเยื่อภายในระบบทางเดินปัสสาวะด้วยการสร้างรูพรุนบริเวณเยื้อหุ้มเซลล์ของเซลล์เป้าหมาย HlyA จะทำงานได้ต้องอยู่ในรูป active form ซึ่งจะถูกกระตุ้นด้วยโปรตีน HlyC งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์หลักในการผลิตและทำบริสุทธิ์ทั้งโปรตีน HlyA และ HlyC เพื่อนำไปศึกษาคุณสมบัติเบื้องต้นทางชีวเคมี โดยสร้างพลาสมิดลูกผสม pET17b ที่มียีน hlyA หรือ hlyC จากเชื้อแบคทีเรีย UPEC ที่แยกได้จากผู้ป่วยที่เข้ารับการรักษาด้วยโรคติดเชื้อระบบทางเดินปัสสาวะในโรงพยาบาลทางภาคใต้ของประเทศไทย พบว่าลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีน hlyA และ hlyC ที่ได้แตกต่างจากของ UPEC สายพันธุ์อื่น เช่น CFT073, J96 และ UTI89 โดยมีความคล้ายคลึงกับสายพันธุ์ CFT073 มากที่สุด คิดเป็น 99.2% และ 98.8% ตามลำดับ ผู้วิจัยจึงกำหนดให้เชื้อที่แยกได้จากผู้ป่วยที่ใช้ในงานวิจัยนี้เป็นสายพันธุ์ MNT08 จากนั้นนำมาผลิตโปรตีนโดยแบคทีเรีย E. coli สายพันธุ์ BL21(DE3) พบการแสดงออกของโปรตีนลูกผสม HlyA และ HlyC ปริมาณมากในรูปของ insoluble protein ที่อุณหภูมิ 37 และ 25 องศาเซลเซียส ตามลำดับ เมื่อนำโปรตีนมาทำบริสุทธิ์ด้วยวิธี Ni-NTA affinity chromatography และตรวจสอบด้วยวิธี SDS-PAGE พบโปรตีนลูกผสม HlyA ที่มีมวลโมเลกุลประมาณ 110 kDa ส่วนโปรตีนลูกผสม HlyC พบว่ามีมวลโมเลกุลประมาณ 19 kDa เมื่อตรวจสอบความถูกต้องของโปรตีนที่ผลิตได้ด้วยเทคนิค mass spectrometry พบว่าเปปไทด์ที่สกัดได้จากโปรตีนลูกผสม HlyA ซึ่งคิดเป็น 55% ของลำดับกรดอะมิโนทั้งหมด ตรงกับโปรตีน hemolysin ที่แสดงออกโดยยีน hlyA จากเชื้อแบคทีเรีย UPEC (Accession number: P09983) ส่วนโปรตีนลูกผสม HlyC ที่ผลิตได้ตรงกันกับลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน hemolysin-activating lysine-acyltransferase (HlyC) จากเชื้อแบคทีเรีย UPEC (Accession number: P09984) ซึ่งคิดเป็น 56% ของลำดับกรดอะมิโนทั้งหมด เนื่องจาก HlyA ที่ผลิตได้เป็น pro-HlyA ที่อยู่ในรูปของ unfolded polypeptide จึงต้องนำไป refolding โดยการ folding จะเกิดได้ต้องมี Ca2+ มาจับบริเวณ RTX domain ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า โปรตีน HlyA สามารถเกิดการ folding ได้ในสารละลาย 50 mM Tris-HCl pH 7.4, 50 mM NaCl, 20 mM CaCl2 นอกจากนี้ การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน โดยสร้างแบบจำลองโครงสร้างสามมิติของโปรตีน HlyA ด้วยโปรแกรม SWISS-MODEL พบว่าโครงสร้างสามมิติของโปรตีน CyaA จากเชื้อแบคทีเรีย Bordetella pertussis สามารถใช้เป็นแม่แบบที่เหมาะสมที่สุด ทั้งนี้โปรตีน CyaA มีระบบการหลั่งออกนอกเซลล์แบบ T1SS ที่คล้ายกับ HlyA จากเชื้อแบคทีเรีย E. coli แต่เนื่องด้วยข้อจำกัดด้านความยาวของแม่แบบดังกล่าว ทำให้แบบจำลองที่สร้างขึ้นสามารถทำนายโครงสร้างของ HlyA ได้เพียงหนึ่งในสามเท่านั้น โดยแสดงโครงสร้าง monomer ของโปรตีน HlyA ที่ครอบคลุมกรดอะมิโนเพียง 339 ตัว ที่อยู่บริเวณ C-terminal (residues 612-950) ในส่วนของแบบจำลองโครงสร้างโปรตีน HlyC นั้นพบว่าโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีน ApxC จากเชื้อ Actinobacillus pleuropneumoniae เป็นแม่แบบที่เหมาะสมทำให้ได้โครงสร้างจำลองของ HlyC ที่เป็น homodimer ซึ่งครอบคลุมกรดอะมิโน 167 ตัว (residues 3-169) คิดเป็น 98.2% ของกรดอะมิโนทั้งหมด โดยสรุป ผลการศึกษาจากงานวิจัยนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของโปรตีน HlyA และการศึกษาโครงสร้างของโปรตีน HlyA แบบเต็มความยาว โดยใช้เทคนิค X-ray crystallography เพื่อทำความเข้าใจในการสร้างรูพรุนในกลไกการติดเชื้อระบบทางเดินปัสสาวะได้ในอนาคต
Description: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (ชีวเคมี), 2565
URI: http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18062
Appears in Collections:328 Thesis

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
6110220006.pdf11.52 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons