Toxin-antitoxin (TA) systems are key regulators of bacterial growth and survival under harsh environmental conditions. PrlF-YhaV is type II TA system in Escherichia coli. However, the structures of antitoxin PrlF and toxin YhaV in the PrlF-YhaV TA system remain poorly understood. Here, we explored the secondary structure and thermal stability of antitoxin PrlF and toxin YhaV by circular dichroism (CD) spectroscopy. Analysis of the secondary structure, conducted at wavelengths between 190 to 260 nm at 25 °C, revealed that antitoxin PrlF comprises 41.2% helical and 29.3% β-sheet structural conformations. In contrast, toxin YhaV primarily assumes a helical conformation, making up 85.7% of its structure. Thermal stability analysis demonstrated that the melting points of antitoxin PrlF and toxin YhaV are 50 °C and 75 °C, respectively, as observed at 200 or 222 nm. Additionally, antitoxin PrlF exhibited reversible structural formations, while the toxin YhaV did not regain the structural reversibility under refolding state of 90 to 25 °C. Our examination of secondary structure components suggests that the β-sheet of antitoxin PrlF and α-helix of toxin YhaV play key roles in their respective structural configurations and thermal stabilities. These findings clarify the distinct physiological characteristics of these two proteins, emphasizing their differing structures and thermal stabilities across various temperature conditions in TA loci.

독소-항독소 시스템은 박테리아가 가혹한 환경 조건에서 생존하고 성장을 조절하는 데 핵심적인 역할을 하며, PrlF-YhaV는 대장균에서 발견된 II형 독소-항독소 시스템이다. 그러나 PrlF 항독소와 YhaV 독소의 구조 및 열 안정성 연구관련 보고된 바 없으며, 본 연구에서는 원형 이색성 분광법을 이용하여 PrlF 항독소와 YhaV 독소의 이차 구조 및 열적 안정성을 조사하였다. 25°C에서 190~260 nm 파장 범위의 스펙트럼 분석 결과, PrlF 항독소는 41.2%의 α-나선 구조와 29.3%의 β-병풍 구조를 포함하고 있음이 확인된 반면, YhaV 독소는 85.7%가 α-나선 구조로 이루어져 있어 주로 나선형 구조를 갖는 것으로 확인되었다. 열 안정성 구조 분석 결과 PrlF 항독소와 YhaV 독소의 융해 온도가 각각 50 °C와 75 °C임이 200 nm 또는 222 nm에서 관찰되었으며, PrlF 항독소는 열변성 후 90 °C에서 25°C로 냉각 시 구조가 회복되는 반면, YhaV 독소는 구조적 가역성을 보이지 않았다. 이차 구조적 특성에 대한 분석을 종합해볼 때, PrlF 항독소의 β-병풍 구조와 YhaV 독소의 α-나선 구조가 각각의 단백질 구조 구성 및 열적 안정성에 중요한 역할을 하는 것으로 판단되며, 이러한 결과는 두 단백질이 독소-항독소 유전자 자리에서 서로 다른 구조적 특징과 열 안정성을 가지고 있음을 명확히 하며, 이들의 생리학적 차이를 규명하는 데 중요한 정보를 제공한다.

Keywords: toxin-antitoxin, PrlF, YhaV, PrlF-YhaV, secondary structure.