Understanding of the Contribution of Fetuin O-glycans for the Release of New Bioactive Compounds by a Novel Endo-β-N-acetylglucosaminidase

Bovine fetuin is a model protein to study the activity of variousglycosidases since it contains both N- and O- glycans attached to thepolypeptide chain. We recently showed a novel glycosidase, endo-β-Nacetylglucosaminidaseisolated from an infant gut microbe,Bifidobacterium infantis. This enzyme is capable of cleaving the N-N’-diacetyl chitobiose moiety found in the N-glycan core of a wide varietyof proteins. It is considered a promising approach to release N-glycansfrom complex substrates such as whey proteins due to its high activityand wide substrate specificity. Moreover, it also maintains its activityat high temperatures enabling the use of this enzyme in thermal dairyprocesses such as during the pasteurization. Bovine whey is apotential source of glycans providing million tons of glycoproteinsannually. Application of EndoBI-1 on bovine whey is challenging dueto the complexity of the whey proteins and their O-glycosylationpattern. O-glycans are considered to be a protective agent for Ndeglycosylationthat hinders the isolation of these recently found novelcompounds. In this study, O-glycans were removed from fetuin (bothO- and N- glycosylated model glycoprotein) and the contribution of Oglycansto the accessibility of EndoBI-1 to bovine fetuin N-glycanswere tested. Released glycans were characterized by advanced massspectrometry and 22 different N-glycans (including isomers) weremonitored. According to the results, it was shown that removing Oglycansfrom Fetuin increases the Kcat/Km value 0.52 to 1.54 ml/mgx min-1 and the affinity of EndoBI-1 (Km value from 0.32 to 0.22mg/ml) to target N-glycans enabling more feasible application of thisenzyme in dairy streams.

Fetuin O-glikanlarının, Bioaktif N-Glikanların Yeni Endo-B-N-asetilglukozaminidaz Tarafından İzole Edilmesindeki Katkısının Belirlenmesi

İnek fetuini N- ve O- glikanları içerdiğinden dolayı farklı glikosidazların aktivitesini test etmek için kullanılan model bir proteindir. Yeni bir glikosidaz olan endo-B-N-asetilglukozaminidaz enzimi (EndoBI-1) bebek bağırsaklarında bulunan Bifidobakteri infantis’ten tarafımızca daha önceden izole edilmiştir. Bu enzim farklı protein yapılarında bulunan N-glikan merkezlerini kesebilmektedir. Enzimin yüksek aktivite ve geniş substrat aralığından dolayı, peynir altı suyu proteinleri gibi karmaşık yapılarda aktivite gösterebilmektedir. Ayrıca, bu enzim aktivitesini yüksek sıcaklıklarda koruyabildiği için, pastörizasyon gibi ısıl işlem gerektiren süreçlerde de kullanılabilmektedir. İnek peynir altı suyu, yıllık milyonlarca ton üretilen bir glikoprotein kaynağıdır. Fakat, EndobI-1 enziminin bu substrata uygulanması, peynir altı proteinlerinin O-glikanları tarafından bloke edilip aktiviteyi düşürdüğü düşünülmemektedir. O-glikanların, proteinleri bir korucuyu görevi ile koruyarak, yeni bir prebiyotik kaynağı olarak kabul edilen N-glikanların izolasyonunu zorlaştırmakta olduğu sanılmaktadır. Bu çalışmada, O-glikanlar fetuinden ayrılarak, bunun N-glikanların enzimatik olarak EndoBI-1 tarafından ayrılmasına olan katkısı incelenmiştir. Ayrılan glikanlar kütle spektrometresi ile analiz edilmiş ve izomerler dahil 22 farklı yapı gözlemlenmiştir. Sonuçlara göre, O-glikanların fetuinden ayrılması, N-glikan izolasyon etkinliğini (Kcat/Km) 0.52 ‘den 1.54 ml/mg x min-1’a çıkarırken, Km değerini 0.32 ‘den 0.22 mg/ml’ye düşürmüştür. Bu sonuçlara göre, EndobI-1 süt endüstrisinde çok daha etkili bir şekilde kullanabilmesinin yolu açılmıştır.

___

Altmann F, Schweiszer S, Weber C 1995. Kinetic comparison of peptide: N-glycosidases F and A reveals several differences in substrate specificity. Glycoconjugate Journal, 12(1):84-93.

Barboza M, Pinzon J, Wickramasinghe S, Froehlich JW, Moeller I, Smilowitz JT, Ruhaak LR, Huang J, Lonnerdal B, German JB 2012. Glycosylation of human milk lactoferrin exhibits dynamic changes during early lactation enhancing its role in pathogenic bacteria-host interactions. Molecular and Cellular Proteomics, 11(6):M111 015248.

Bode L 2006. Recent advances on structure, metabolism, and function of human milk oligosaccharides. The Journal of Nutrition, 136(8):2127-2130.

Green, Eric D 1988. The asparagine-linked oligosaccharides on bovine fetuin. Structural analysis of N-glycanase-released oligosaccharides by 500-megahertz 1H NMR spectroscopy. Journal of Biological Chemistry, 30(4):18253-18268.

Hamosh M 2001. Bioactive factors in human milk. Pediatric Clinics of North America, 48(1):69-86.

Hejtmánková A, Pivec V, Trnková E, Dragounová H 2012. Differences in the composition of total and whey proteins in goat and ewe milk and their changes throughout the lactation period. Czech J. Anim. Sci., 57(7):323-31.

Holman RC, Stoll BJ, Curns AT, Yorita KL, Steiner CA, Schonberger LB 2006. Necrotising enterocolitis hospitalisations among neonates in the United States. Paediatric and Perinatal Epidemiology, 20(6):498-506.

Jenness R 1988. Composition of milk. Fundamentals of dairy chemistry: Springer, 30(4) :1-38.

Moore SA, Anderson BF, Groom CR, Haridas M, Baker EN 1997. Three-dimensional structure of diferric bovine lactoferrin at 2.8 Å resolution. Journal of Molecular Biology, 274(2):222-236.

Morgan B, Winick M 1980. Effects of administration of N-acetylneuraminic acid (NANA) on brain NANA content and behavior. The Journal of Nutrition, 110(3):416-424.

Nuck R, Zimmermann M, Sauvageot D, Josi D, Reutter W 1990. Optimized deglycosylation of glycoproteins by peptide-N4-(N-acetyl-beta-glucosaminyl) asparagine amidase from Flavobacterium meningosepticum. Glycoconjugate Journal, 7(4):279-86.

Nwosu CC, Aldredge DL, Lee H, Lerno LA, Zivkovic AM, German JB, Lebrilla CB 2012. Comparison of the human and bovine milk N-glycome via highperformance microfluidic chip liquid chromatography and tandem mass spectrometry. Journal of Proteome Research, 11(5):2912-2924.

O'Riordan N, Kane M, Joshi L, Hickey RM 2014. Structural and functional characteristics of bovine milk protein glycosylation. Glycobiology, 24(3):220- 236.

Parham J, A and Deng SP 2000. Detection, quantification and characterization of βglucosaminidase activity in soil. Soil Biology and Biochemistry, 32(8), 1183-1190.

Sojar HT, Bahl OP 1987. A chemical method for the deglycosylation of proteins. Archives of Biochemistry and Biophysics, 259(1):52-57.

Spik G, Coddeville B, Mazurier J, Bourne Y, Cambillaut C, Montreuil J 1994. Primary and three-dimensional structure of lactotransferrin (lactoferrin) glycans. Lactoferrin: Springe, 33(3) p 21-32.

Stavenhagen K, Plomp R, Wuhrer M 2015. Sitespecific protein N-and O-glycosylation analysis by a C18-porous graphitized carbon–liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry approach using pronase treated glycopeptides. Analytical Chemistry, 87(23):11691- 11699.

Sun S, Shah P, Eshghi ST, Yang W, Trikannad N, Yang S, Chen L, Aiyetan P, Höti N, Zhang Z 2016. Comprehensive analysis of protein glycosylation by solid-phase extraction of N-linked glycans and glycosite-containing peptides. Nature Biotechnology, 34(1):84-88.

Takahashi N 1977. Demonstration of a new amidase acting on glycopeptides. Biochemical and Biophysical Research Communications, 76(4):1194- 201

Windwarder M, Altmann F 2014. Site-specific analysis of the O-glycosylation of bovine fetuin by electrontransfer dissociation mass spectrometry. Journal of Proteomics, 10(8):258-268.

Yolken R, Peterson J, Vonderfecht S, Fouts E, Midthun K, Newburg D 1992. Human milk mucin inhibits rotavirus replication and prevents experimental gastroenteritis. Journal of Clinical Investigation, 90(5):1984.
KSÜ Tarım ve Doğa Dergisi-Cover
  • ISSN: 2619-9149
  • Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
  • Başlangıç: 2018
Sayıdaki Diğer Makaleler

Laktasyon Eğrileri Modellemesinde Çok Değişkenli Uyarlanabilir Regresyon Eğrileri (Mars) Yönteminin Uygulanması

HİKMET ORHAN, Emine ÇETİN TEKE, ZÜBEYDE KARCI

Galata Köprüsü Olta Balıkçılığının Av Araçları, Birim Çabadaki Av Miktarları ve Sosyolojik Özellikleri Bakımından Yapısal Analizi

TUĞRUL ZAHİT ALIÇLI, DİDEM GÖKTÜRK, TOMRİS DENİZ

Understanding of the Contribution of Fetuin O-glycans for the Release of New Bioactive Compounds by a Novel Endo-β-N-acetylglucosaminidase

SERCAN KARAV

Ayrık Elemanlar Metodunun Tarım Makineleri Tasarımında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma

Mustafa ÜÇGÜL, Chris SAUNDERS, ALİ AYBEK

Üç Farklı Tentyria Türünün Makroskopik ve Histolojik Testis Yapıları

Gamze Turgay İZZETOĞLU, Mehtap GÜLMEZ

Hatay İli Kırıkhan –Reyhanlı Bölgesi Çayır-Mera Topraklarının Besin Elementi Durumları ve Bazı Toprak Özellikleri ile İlişkileri

MEHMET YALÇIN, K. Mesut ÇİMRİN, Yusuf TUTUŞ

The Feasibility of a Cloud-Based Low-Cost Environmental Monitoring System Via Open Source Hardware in Greenhouses

ALİ ÇAYLI, ADİL AKYÜZ, A.Nafi BAYTORUN, SAİT ÜSTÜN, ALİ SELÇUK MERCANLI

Koçaş Tarım İşletmesinde Yetiştirilen Siyah Alaca (Holştayn) Sığırlarda Bazı Süt Verimi Özellikleri ve İlişkili Genlerin Ekspresyonu

FATİH YILDIRIM, SELÇUK ÖZDEMİR, AHMET YILDIZ

Türkiye’nin Eskişehir, Sakarya ve Düzce İllerinden Topraksolucanı (Clitellata, Annelida) Kayıtları

Mete MISIRLIOĞLU, Osman ŞEN, Veli TEMEL

Alman Hamamböceği Blatella germanica (L.)'nın Erginlerinde İki Fungal İzolata Karşı Eikosanoidlerin Nodülasyon Reaksiyonları Üzerine Olan Fonksiyonu

HASAN TUNAZ, ALİ ARDA IŞIKBER, M. Kubilay ER