大腸菌におけるハロ耐性シアノバクテリウムからのセリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼの過剰発現は、コリン前駆体の蓄積の増加と塩分耐性の強化をもたらします

セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ（SHMT）は、細胞の1炭素経路の重要な酵素であり、細菌から高等植物や哺乳類まで、多くの生物で研究されています。ただし、光栄養微生物からのSHMTの生化学的および分子特性評価は依然として課題です。ここでは、Halotolerant Cyanobacterium aphanothece halophytica（APSHMT）からSHMT遺伝子を分離し、大腸菌で発現しました。精製された組換えApshMTタンパク質は、dl-threo-3-フェニルセリンとl-セリンの触媒反応を示しました。L-セリンの触媒反応は、NaClによって強く阻害されましたが、グリシンベタインではそのレベルではありませんでした。大腸菌におけるAPSHMTの過剰発現により、グリシンとセリンの蓄積が増加しました。コリンとグリシンのベタインレベルも大幅に増加しました。高塩分の下では、APSHMT発現細胞の成長率は、それぞれのコントロールと比較してより速くなりました。高塩分はまた、A。halophyticaのapshmtの転写レベルを強く誘導しました。私たちの結果は、新しい経路の重要性を示しています。塩誘発性Apshmtは、セリンとコリンを介してグリシンベタインのレベルを増加させ、塩分ストレスに対する耐性を授与しました。

Serine hydroxymethyltransferase (SHMT) is a key enzyme in cellular one-carbon pathway and has been studied in many living organisms from bacteria to higher plants and mammals. However, biochemical and molecular characterization of SHMT from photoautotrophic microorganisms remains a challenge. Here, we isolated the SHMT gene from a halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica (ApSHMT) and expressed it in Escherichia coli. Purified recombinant ApSHMT protein exhibited catalytic reactions for dl-threo-3-phenylserine as well as for l-serine. Catalytic reaction for l-serine was strongly inhibited by NaCl, but not to that level with glycine betaine. Overexpression of ApSHMT in E. coli resulted in the increased accumulation of glycine and serine. Choline and glycine betaine levels were also significantly increased. Under high salinity, the growth rate of ApSHMT-expressing cells was faster compared to its respective control. High salinity also strongly induced the transcript level of ApSHMT in A. halophytica. Our results indicate the importance of a novel pathway; salt-induced ApSHMT increased the level of glycine betaine via serine and choline and conferred the tolerance to salinity stress.