Glutathione is a target in tellurite toxicity and is protected by tellurite resistance determinants in Escherichia coli

Authors: Turner R.J.; Aharonowitz Y.; Weiner J.H.; Taylor D.E.

Source: Canadian Journal of Microbiology, Volume 47, Number 1, January 2001 , pp. 33-40(8)

Publisher: NRC Research Press

Abstract:

Tellurite (TeO₃^2-) is highly toxic to most microorganisms. The mechanisms of toxicity or resistance are poorly understood. It has been shown that tellurite rapidly depletes the reduced thiol content within wild-type Escherichia coli. We have shown that the presence of plasmid-borne tellurite-resistance determinants protects against general thiol oxidation by tellurite. In the present study we observe that the tellurite-dependent depletion of cellular thiols in mutants of the glutathione and thioredoxin thiol:redox system was less than in wild-type cells. To identify the type of low-molecular-weight thiol compounds affected by tellurite exposure, the thiol-containing molecules were analyzed by reverse phase HPLC as their monobromobimane derivatives. Results indicated that reduced glutathione is a major initial target of tellurite reactivity within the cell. Other thiol species are also targeted by tellurite, including reduced coenzyme A. The presence of the tellurite resistance determinants kilA and ter protect against the loss of reduced glutathione by as much as 60% over a 2 h exposure. This protection of glutathione oxidation is likely key to the resistance mechanism of these determinants. Additionally, the thiol oxidation response curves were compared between selenite and tellurite. The loss of thiol compounds within the cell recovered from selenite but not to tellurite.Key words: tellurite, resistance, thiol oxidation, heavy metal toxicity, selenite, glutathione.

La tellurite (TeO₃^2-) est fortement toxique pour la plupart des micro-organismes. Les mécanismes responsables de sa toxicité sont mal compris. Il a été démontré que la tellurite épuise rapidement les contenus en thiols réduits à l'intérieur de Escherichia coli. Nous avons démontré que la présence d'un plasmide arborant un gène de résistance à la tellurite protège contre l'oxydation généralisée due à tellurite. Dans la présente étude, nous avons observé que dans des mutants du système rédox de la glutathione et de la thiorédoxine, l'épuisement des thiols cellulaires dépendant de la tellurite était plus faible que dans cellules de type sauvage. Afin d'identifier les types de composés thiols de bas poids moléculaires qui étaient affectés par l'exposition à la tellurite, les molécules contenant des thiols ont été analysés par CLHP en phase inverse par le biais de leur dérivé monobromobimane. Les résultats ont indiqué que la glutathione réduite représente une cible primaire majeure de la réactivité de la tellurite à l'intérieur de la cellule. D'autres espèces de thiols sont également ciblées par la tellurite, notamment la coenzyme A réduite. La présence des déterminants kilA et ter conférant une résistance à la tellurite prévient jusqu'à 60 % de la perte de glutathione réduite, sur une période de deux heures d'exposition. Cette protection de l'oxydation de la glutathione représente vraisemblablement la clé du mécanisme de la résistance attribuable à ces déterminants. De plus, les courbes de réponse d'oxydation des thiols par la sélénite et la tellurite furent comparées. Les niveaux de composés thiols au sein de la cellule ont pu se rétablir pour la sélénite mais non pour la tellurite.Mots clés : tellurite, résistance, toxicité des métaux lourds, sélénite, glutathione.[Traduit par la Rédaction]

Keywords: tellurite; resistance; thiol oxidation; heavy metal toxicity; selenite; glutathione; tellurite; résistance; toxicité des métaux lourds; sélénite; glutathione

Language: English

Document Type: Research article

Publication date: 2001-01-01

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• In this Subject: Biology/Life Sciences ,  Microbiology
• By this author: Turner R.J. ;  Aharonowitz Y. ;  Weiner J.H. ;  Taylor D.E.

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