The Alcaligenes eutrophus protein HoxN mediates nickel transport in Escherichia coli

Resumo

HoxN, uma proteína integral de membrana com sete hélices transmembranares e uma massa molecular de 33,1 kDa, está envolvida no transporte de níquel de alta afinidade em Alcaligenes eutrophus H16. A partir de análises genéticas, concluiu-se que HoxN é um transportador de íons de componente único. Para investigar essa suposição, hoxN foi introduzido em Escherichia coli. A cepa recombinante mostrou uma captação de níquel significativamente aumentada em um ensaio de intervalo curto. Da mesma forma, o crescimento na presença de 63NiCl2 resultou em um aumento de mais de 15 vezes no conteúdo celular de níquel. A atividade de transporte de níquel baseada em HoxN também pôde ser demonstrada em um ensaio fisiológico: uma cepa de E. coli coexpressando hoxN e o operon urease de Klebsiella aerogenes exibiu uma atividade de urease 10 vezes maior do que a cepa sem um hoxN funcional. Esses resultados sugerem fortemente que HoxN é suficiente para operar como uma permease de níquel. O alinhamento de sequência múltipla de HoxN e outras quatro proteínas de membrana bacterianas implicadas no metabolismo do níquel revelou duas assinaturas conservadas que podem desempenhar um papel no processo de translocação de níquel.

Abstract

HoxN, an integral membrane protein with seven transmembrane helices and a molecular mass of 33.1 kDa, is involved in high-affinity nickel transport in Alcaligenes eutrophus H16. From genetic analyses, it has been concluded that HoxN is a single-component ion carrier. To investigate this assumption, hoxN was introduced into Escherichia coli. The recombinant strain showed significantly enhanced nickel uptake in a short-interval assay. Likewise, growth in the presence of 63NiCl2 yielded a more than 15-fold-increased cellular nickel content. The HoxN-based nickel transport activity could also be demonstrated in a physiological assay: an E. coli strain coexpressing hoxN and the urease operon of Klebsiella aerogenes exhibited urease activity 10-fold greater than that in the strain lacking a functional hoxN. These results strongly suggest that HoxN is sufficient to operate as a nickel permease. Multiple sequence alignment of HoxN and four other bacterial membrane proteins implicated in nickel metabolism revealed two conserved signatures which may play a role in the nickel translocation process.