Molecular characterization of an Exonuclease gene of the Chlorella virus SS-2

Abstract

Chlorella virus는 진핵 Chlorella와 같은 녹조류를 감염시키는 바이러스로, 큰 20면체의 구조이며, 플라크를 형성하는 이중나선의 DNA 바이러스이다. Chlorella virus SS-2 유전체는 최소한 373개의 주요한 open reading frames (ORFs)를 포함하는 것으로 예상되며, 이들 유전자의 많은 기능적인 부분들은 명확하게 밝혀지지 않았다. Chlorella virus SS-2 게놈의 ORFs 중 하나는 몇몇의 다른 exonuclease와 동일한 아미노산 서열을 가진 단백질을 암호화하고 있다. Chlorella virus SS-2 exonuclease 유전자의 nucleotide는 807개이며, 31.13kDa의 polypeptide를 암호화하고 있다. Chlorella virus SS-2 exonuclease 유전자를 단백질 query를 이용한 단백질 데이터베이스 조사결과 녹조류 바이러스의 ORFs 중 하나인 Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1, 98%)의 A166R과 높은 유사성을 보이고, 다른 갈조류 바이러스 두 개의 ORFs인 Feldmannia ireregularis virus (FirrV, 28 %)의 ORF B43과 Ectocarpus siliculosus virus (EsV, 27 %)의 ORF 164와도 유사성을 보이는 것으로 나타났다. Chlorella virus SS-2 exonuclease의 활성을 측정하기 위해 E. coli 발현시스템을 이용하여 재조합 단백질을 순수 분리하였다. 순수 분리된 재조합 단백질 exonuclease을 다양한 DNA 기질과 37 ℃에서 반응시켜본 결과 활성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 우리가 획득한 Chlorella virus SS-2 exonuclease 유전자는 기능적인 단백질을 암호화하고 있다고 할 수 있다. 또한, 아미노산 서열의 2차 구조를 예측하고, 다른 종에서 유래된 exonuclease와 비교해보았다. 다른 종에서 유래된 exonuclease와 Chlorella virus SS-2 exonuclease의 서열 정렬을 통해 다수의 conserved motif을 확인하였으며, 이는 D91...E111XK113 (D...EXK)로 type Ⅱ restriction endonuclease, λ exonuclease와 MutH를 포함한 몇몇 다른 nuclease의 catalytic sites로 드러난 부분이었다. 이 세부분의 2차 구조는 type Ⅱ restriction endonuclease의 세 개의 catalytic residues와 유사하였다. 이상과 같은 결과를 통하여 Chlorella virus SS-2에서 유래한 exonuclease는 활성을 가지며, Chlorella virus는 많은 중요한 유전자를 비롯하여 유용한 단백질들을 제공할 수 있는 유용한 sources임을 확인할 수 있다.

Chlorella viruses are large icosahedral, double-stranded DNA and plaque-forming viruses that infect certain eukaryotic Chlorella-like green algae. The genome of Chlorella virus SS-2 which had been isolated from fresh water in Korea is predicted to contain at least 373 major open reading frames (ORFs). However, the function of large numbers of these genes are not clearly understood. One of the open reading frames (ORFs) encodes a protein with some amino acids identities to other exonuclease. The Chlorella virus SS-2 exonuclease gene is 807 nucleotides long and encodes a polypeptide of 31 kDa. Blast search revealed that the Chlorella virus SS-2 exonuclease gene has high amino acid identities to the ORF A166R of Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1, 98 %) and two ORFs of other brown algae viruses including ORF B43 of Feldmannia irregularis virus (FirrV, 28 %) and ORF 164 of Ectocarpus siliculosus virus (EsV, 27 %). The activity of Chlorella virus SS-2 exonuclease was investigated by using a purified recombinant protein expressed in E. coli. The purified recombinant protein exhibited exonuclease activity on various DNA substrates when incubated at 37 ℃, suggesting that the Chlorella virus SS-2 exonuclease gene encodes functional proteins. Sequence alignment of Chlorella virus SS-2 exonuclease revealed that they share several conserved motifs. One of these, the conserved motif D91...E111XK113 (D...EXK) in the sequence of Chlorella virus SS-2 exonuclease, has a striking similarity to the catalytic sites of some other nucleases, including type Ⅱ restriction endonuclease, λ exonuclease and MutH. The predicted secondary structures of these three residues showed high similarity to the three catalytic residues of type Ⅱ restriction endonuclease. These results indicate that exonuclease gene of the Chlorella virus SS-2 was functional proteins and Chlorella viruses can be useful sources of protein in addition to many genes of interest.