Acetylcholinesterase from rat red cells and cholinesterase ofPseudomonas aeruginosa: Different types of inhibition by atropine

Domenech, Carlos E.; Garrido, Mónica; Domenech, Estela E. Machado de; Lisa, Teresita A.

doi:10.1007/bf02354863

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“…Nevertheless, some bacteria also express cholinesterase allowing at least different levels of ACh (Domenech et al . ). In plants, clear regulatory roles of ACh have been described.…”

Section: Sperm Granulosa Cells Oocytesmentioning

confidence: 97%

Non‐neuronal acetylcholine involved in reproduction in mammals and honeybees

Wessler

Kirkpatrick

2017

Journal of Neurochemistry

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Bacteria and archaea synthesize acetylcholine (ACh). Thus, it can be postulated that ACh was created by nature roughly three billion years ago. Therefore, the wide expression of ACh in nature (i.e., in bacteria, archaea, unicellular organisms, plants, fungi, non-vertebrates and vertebrates and in the abundance of non-neuronal cells of mammals) is not surprising. The term nonneuronal ACh and non-neuronal cholinergic system have been introduced to describe the auto-and paracrine, that is, local regulatory actions of ACh in cells not innervated by neuronal cholinergic fibers and to communicate among themselves. In this way non-neuronal ACh binds to the nicotinic or muscarinic receptors expressed on these local and migrating cells and modulates basic cells functions such as proliferation, differentiation, migration and the transport of ions and water. The present article is focused to the effects of non-neuronal ACh linked to reproduction; data on the expression and function of the non-neuronal cholinergic system in the following topics are summarized: (i) Sperm, granulosa cells, oocytes; (ii) Auxiliary systems (ovary, oviduct, placenta); (iii) Embryonic stem cells as first step for reproduction of a new individual after fertilization; (iv) Larval food as an example of reproduction in insects (honeybees) and adverse effects of the neonicotinoids, a class of world-wide applied insecticides. The review article will show that non-neuronal ACh is substantially involved in the regulation of reproduction in mammals and also non-mammals like insects (honeybees). There is a need to learn more about this biological role of ACh. In particular, we have to consider that insecticides like the neonicotinoids, but also carbamates and organophosphorus pesticides, interfere with the non-neuronal cholinergic system thus compromising for example the breeding of honeybees. But it is possible that other species may also be adversely affected as well, a mechanism which may contribute to the observed decline in biodiversity. Keywords: honeybee's breeding and neonicotinoids, nonneuronal acetylcholine, ovary, oviduct and placenta, sperm and acrosome reaction.

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“…Nevertheless, some bacteria also express cholinesterase allowing at least different levels of ACh (Domenech et al . ). In plants, clear regulatory roles of ACh have been described.…”

Section: Sperm Granulosa Cells Oocytesmentioning

confidence: 97%

Non‐neuronal acetylcholine involved in reproduction in mammals and honeybees

Wessler

Kirkpatrick

2017

Journal of Neurochemistry

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“…A standard protocol was followed to measure the activity of ChoE using ATCh, PTCh, or BTCh as substrates (12,61,62) with minor modifications. Assays were conducted at 22 °C in 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0), 0.33 mM 5,5-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) for 3 min.…”

Section: Enzyme Kinetic Analysis Of Wt Choe and Mutantsmentioning

confidence: 99%

Structural insights into the putative bacterial acetylcholinesterase ChoE and its substrate inhibition mechanism

Pham

Gagné-Thivierge

et al. 2020

Journal of Biological Chemistry

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Mammalian acetylcholinesterase (AChE) is well-studied, being important in both cholinergic brain synapses and the peripheral nervous systems and also a key drug target for many diseases. In contrast, little is known about the structures and molecular mechanism of prokaryotic acetylcholinesterases. We report here the structural and biochemical characterization of ChoE, a putative bacterial acetylcholinesterase from Pseudomonas aeruginosa. Analysis of WT and mutant strains indicated that ChoE is indispensable for P. aeruginosa growth with acetylcholine as the sole carbon and nitrogen source. The crystal structure of ChoE at 1.35 Å resolution revealed that this enzyme adopts a typical fold of the SGNH hydrolase family. Although ChoE and eukaryotic AChEs catalyze the same reaction, their overall structures bear no similarities constituting an interesting example of convergent evolution. Among Ser-38, Asp-285, and His-288 of the catalytic triad residues, only Asp-285 was not essential for ChoE activity. Combined with kinetic analyses of WT and mutant proteins, multiple crystal structures of ChoE complexed with substrates, products, or reaction intermediate revealed the structural determinants for substrate recognition, snapshots of the various catalytic steps, and the molecular basis of substrate inhibition at high substrate concentrations. Our results indicate that substrate inhibition in ChoE is due to acetate release being blocked by the binding of a substrate molecule in a nonproductive mode. Because of the distinct overall folds and significant differences of the active site between ChoE and eukaryotic AChEs, these structures will serve as a prototype for other prokaryotic acetylcholinesterases.

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“…So konnte z. B. festgestellt werden, dass eine PLC und eine Phosphorylcholin-Phosphatase, dessen Genexpression durch Cholin induziert wird, eine entscheidende Rolle beim Infektionsprozess von P. aeruginosa spielen (Berka et al, 1981;Domenech et al, 1981;Berk et al, 1987;Domenech et al, 1991;Lisa et al, 1994b;Terada et al, 1999;Wieland et al, 2002;Wargo et al, 2011). Es wird vermutet, dass die Kopfgruppe des Phospholipids Phosphatidylcholin über die PLC abgespalten wird (Stinson und Hayden, 1979) und anschließend das entstehende Phosphorylcholin zu Cholin und einem Phosphat mittels einer Phosphorylcholin-Phosphatase gespalten wird (Garrido et al, 1990).…”

Section: Stimulieren Trimethylammoniumverbindungen Die Virulenz Von P...unclassified

Metabolische Adaptation von Acinetobacter baumannii an den humanen Wirt: Rolle von Trimethylammoniumverbindungen, Phospholipiden und Aromaten

Breisch¹

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Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene metabolische Anpassungsmechanismen des humanpathogenen Bakteriums Acinetobacter baumannii an seinen Wirt untersucht. Im ersten Teil wurde die Rolle von verschiedenen Trimethylammoniumverbindungen (Cholin, Glycinbetain und Carnitin) und den zugehörigen Aufnahmesystemen, sowie ihren Stoffwechselwegen während dieses Prozesses analysiert. Für die Analyse der Transportsysteme wurde eine markerlose Vierfachmutante (Δbcct) von A. baumannii generiert, sodass alle bekannten Transportsysteme für die genannten Verbindungen deletiert vorlagen. Wachstumsversuche mit dieser Mutante zeigten, dass es in A. baumannii keine weiteren Transporter für die Aufnahme von Cholin gibt, jedoch weitere primär aktive oder sekundär aktive Transporter für die Aufnahme von Glycinbetain. Weiterhin konnten innerhalb dieser Arbeit die KM-Werte der Transporter bestimmt werden. Verschiedene Virulenz- und Infektionsanalysen führten zu dem Schluss, dass die Transporter keine Rolle bei der Virulenz von A. baumannii spielen. In Genomanalysen konnten die Gene, die für die Enzyme des Oxidationsweges von Cholin zu Glycinbetain kodieren identifiziert werden (Cholin-Dehydrogenase (betA), GlycinbetainAldehyd-Dehydrogenase (betB) und ein potenzieller Regulator (betI)). Es wurden Deletionsmutanten innerhalb dieses Genclusters generiert, mit dessen Hilfe gezeigt werden konnte, dass Cholin unter Salzstress ausschließlich als Vorläufer für das kompatible Solut Glycinbetain fungiert und nicht als kompatibles Solut von A. baumannii genutzt werden kann. Virulenz- und Infektionsstudien mit den Deletionsmutanten zeigten, dass der Cholin-Oxidationsweg keine Rolle bei der Virulenz von A. baumannii spielt. Die Cholin-Dehydrogenase BetA wurde zusätzlich in E. coli produziert und anschließend mittels NiNTA-Affinitätschromatographie aufgereinigt. Die biochemische Charakterisierung des Enzyms zeigte, dass BetA membranständig ist und die höchste Aktivität bei einem pH-Wert von 9,0 hat. Salze wie NaCl oder KCl hatten keinen Effekt auf die Aktivität des Enzyms, während Glutamat die Aktivität stimulierte. Weiterhin konnte FAD als Cofaktor identifiziert werden und der KM-Wert ermittelt werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Oxidation von Cholin zu Glycinbetain unter isoosmotischen Bedingungen zu einem Anstieg der ATP-Konzentration in A. baumannii-Zellsuspensionen führt und damit, dass Cholin als alternative Energiequelle genutzt wird. Das Phospholipid Phosphatidylcholin konnte als natürliche Cholinquelle identifiziert werden. Eine Rolle der Phospholipasen D bei der Abspaltung der Cholin-Kopfgruppe des Phosphatidylcholins konnte ausgeschlossen werden. Die Gene für die Oxidation von Cholin zu Glycinbetain werden ausschließlich in Anwesenheit von Cholin exprimiert, jedoch unabhängig von der extrazellulären Salzkonzentration. Diese Studien zeigten, dass der Cholin-Oxidationsweg eine Rolle in der metabolischen Adaptation von A. baumannii an den Wirt spielt. Phosphatidylcholin kann hier als natürliche Cholinquelle im Wirt genutzt werden, da die Wirtsmembranen aus bis zu 70 % Phosphatidylcholin bestehen. Transportstudien mit Carnitin führten zu dem Schluss, dass der Transporter Aci01347 aus A. baumannii neben Cholin ebenfalls Carnitin transportiert. Wachstumsversuche mit einer aci01347-Mutante bestätigen, dass Aci01347 essenziell für die Aufnahme und anschließende Verwertung von Carnitin als Kohlenstoffquelle ist. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass das Transportergen mit essenziellen Genen für den Carnitin-Abbau in einem Operon liegt. Für die Analyse des Abbauweges von Carnitin wurden markerlose Deletionsmutanten innerhalb des Operons generiert. In Wachstumsstudien mit diesen Mutanten konnte der Abbauweg aufgeklärt werden und der Regulator des Operons identifiziert werden. Carnitin wird hier über Trimethylamin und Malat-Semialdehyd zu D-Malat umgewandelt und anschließend über Pyruvat in den TCA-Zyklus eingespeist. Der Regulator wurde zusätzlich in E. coli produziert und mittels Ni-NTA-Affinitätschromatographie aufgereinigt. Mithilfe von EMSA-Studien konnte die Bindestelle des Regulators auf eine 634 Bp lange DNA-Sequenz stromaufwärts des CarnitinOperons eingegrenzt werden. Durch Transkriptomanalysen konnte gezeigt werden, dass bei Wachstum mit Acetylcarnitin, Carnitin und D-Malat die Expression des Carnitin-Operons induziert wurde. Darüber hinaus wurden die Gene konservierter Aromatenabbauwege wie z. B. des Homogentisatweges, des Phenylacetatweges und des Protocatechuat-Abbaus, verstärkt exprimiert. In G. mellonellaVirulenzstudien konnte eine Rolle des Abbaus von Carnitin bei der Virulenz von A. baumannii nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte dieser Effekt dem entstehenden Trimethylamin zugesprochen werden...

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Acetylcholinesterase from rat red cells and cholinesterase ofPseudomonas aeruginosa: Different types of inhibition by atropine

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Non‐neuronal acetylcholine involved in reproduction in mammals and honeybees

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