Katepsin L z klíštěte obecného: analýza proteolytické aktivity a její regulace

Abstract

Klíště obecné (Ixodes ricinus) je parazit sající krev, jehož význam spočívá v přenosu patogenů způsobujících klíšťovou encefalitidu nebo lymskou boreliosu. Při trávení proteinů z krve hostitele hrají důležitou roli katepsinové proteasy. Tyto proteiny jsou zajímavé jako antigeny pro vývoj protiklíštěcích vakcín. Tato práce se zabývá katepsinem L z klíštěte obecného, konkrétně isoenzymy IrCL1 a IrCL3. IrCL1 byl exprimován v kvasinkách Pichia pastoris a chromatograficky purifikován z expresního media. Byla určena substrátová specifita IrCL1 pomocí štěpení (a) peptidových fluorogenních substrátů, (b) proteinových substrátů analyzovaných hmotnostní spektrometrií. Proteolytická aktivita IrCL1 byla modulována interakcí s glykosaminoglykany, která ovlivňuje aktivitní pH optimum. Dále byl připraven proteolyticky aktivní mutant IrCL1 s redukovaným počtem N-vázaných oligosacharidů vhodný pro krystalizační experimenty. IrCL3 byl exprimován v Escherichia coli, refoldován a aktivován do funkční formy. Proteolytická aktivita IrCL3 v řadě aspektů připomíná IrCL1 včetně substrátové specifity, kyselého pH optima a modulační interakce s glykosaminoglykany. Klíčová slova: cysteinové proteasy, katepsin L, klíště Ixodes ricinus, substrátová specifita, proteolytická aktivita

The hard tick Ixodes ricinus is an important blood-feeding parasite that transmits tick- borne diseases, such as tick-borne encephalitis and Lyme disease. Ticks employ a battery of proteolytic enzymes, including cathepsins, to digest their bloodmeal. These proteins are potential targets for the development of anti-tick vaccines. This work is focused on cathepsin L from I. ricinus (IrCL), namely its isoenzymes IrCL1 and IrCL3. IrCL1 was expressed in Pichia pastoris and chromatographically purified. Its substrate specifity was determined by the cleavage of (a) peptide fluorogenic substrates and (b) protein substrates analyzed by mass spectrometry. The proteolytic activity of IrCL1 was modulated by its interaction with glycosaminoglycans, which affected the pH optimum value. Futhermore, a proteolytically active mutant of IrCL1 with reduced number of N-glycosylation sites was prepared; this form will be used for crystallization experiments. IrCL3 was expressed in Escherichia coli, refolded and activated to its active form. The proteolytic activity of IrCL3 is in many ascpects similar to that of IrCL1, including substrate specifity, acidic pH optimum and activity modulation by glycosaminoglycans. Key words: cysteine proteases, cathepsin L, hard tick I. ricinus, substrate specifity, proteolytic activity...