Human Neutrophil Elastase: Rapid Purification, Metal binding Stoichiometry and Modulation of the Activity by Chelating Agents

사람의 백혈구 내에 있는 Elestase: 순수부리, 금속이온의 화학량, 그리고 Chelating 효과에 의한 활성도 조절

Neutrophil elastases were purified by a three step procedure consiting of one Sephadex G-75 and two HPLC elutions. The elastases cross-reacted with antibodies to human neutrophil elastase. Three bands with molecular weights between 26,000 and 29,700 were observed by gel electrophoresis. At each stage of purification the quantity of Zn increased, reaching molar ratio of 2:1 with elastase in the most purified samples. Calcium content. was seletively elevated during the earlier stages of purification but decreased to a ratio of 0.25 to 1 with elastase at the final step of purfication. Neutrophil elastase could be inhibited by EDTA, EGTA and 1,10-phenanthroline. EGTA inhbition was noncompetitive inhibition and reversible only if the time of preincubation was relatively short, indicating the instability of the apoenzyme. The concentration of chelator required to show significant inhibition of elastase was also dependent upon the stage of purity and the ionic strength of the reaction mixture. Inhibition by EGTA, followed by the removal of EGTA, could be reversed by Zn. In the presence of EGTA the enzyme could be returened to full activity by the addition of Zn, Mn and Ca, but not Mg or Na. All of the above evidence strongly supports human neturophil elastase could be a metalloenzyme as well as a serine protease.

사람의 혈액으로부터 Elastase를 분리하는 새로운 방법을 개발하여 순도 높은 효소를 얻고 이 효소에 의하여 발생되어지는 질병의 예방과 치료에 응용하기 위하여 이 효소의 근본적인 성질규명을 시도하였다. 정제 방법으로는 Sephodex G-75를 이용한 1회의 액체 크로마토그라피와 HPLC을 이용한 2회의 코마토그라피를 거치는 2단계 방법을 사용하였다. 이때 얻어진 효소는 분자량이 $26,000{\sim}29,700$ 사이에 있는 3개의 다른 분자량을 가진 물질로 확인되었으며, 항체 반응에서 사람의 결구내 Elastase의 특성을 나타내었다. 함유하고 있는 미량의 금속이온을 분석한 결과 정제하는 단계에 따라 Zn 이온의 효소분자에 대한비는 증가하였으며 가장 순수한 분자내의 효소분자와 Zn 이온과의 비는 1 : 2였다. 이 효소는 chelating agent에 의하여 활성도를 잃게 되었으며, 반대로 chelating agents에 의하여 활성도를 잃고 있는 반응 medium에 그 chelaing agents의 농도를 초과하는 2가 이온 즉 Zn 이온, Ca 이온, 그리고 Mn 이온을 넣으면 그 활성도는 원상복귀되나 Mg이온에 의하여는 그 활성도가 원상회복 되지 않았다. 이 모든 성질을 종합하면 사람의 Neutrophil granule에 있는 Elastase는 지금까지 알려진 바와 같이 Serine pretense임과 동시에 metalloenzyme으로 제고되어야 한다고 제안한다. 나아가서chelating agents에 의하여 이 효소의 활성도를 조정할 수 있다는 것은 이 효소에 의하여 일어나는 질병의 치료에 응용할 수 있는 가능성도 보여준다.