The 70 kDa heat-shock protein (Hsp70) involved in various cellular functions, such as protein folding, translocation and degradation, regulates apoptosis in cancer cells. Recently, it has been reported that the green tea flavonoid (−)-epigallocatechin 3-gallate (EGCG) induces apoptosis in numerous cancer cell lines and could inhibit the anti-apoptotic effect of human Hsp70 ATPase domain (hATPase). In the present study, docking model between EGCG and hATPase was determined using automated docking study. Epi-gallo moiety in EGCG participated in hydrogen bonds with side chain of K71 and T204, and has metal chelating interaction with hATPase. Hydroxyl group of catechin moiety also participated in metal chelating hydrogen bond. Gallate moiety had two hydrogen bondings with side chains of E268 and K271, and hydrophobic interaction with Y15. Based on this docking model, we determined two pharmacophore maps consisted of six or seven features, including three or four hydrogen bonding acceptors, two hydrogen bonding donors, and one lipophilic. We searched a flavonoid database including 23 naturally occurring flavonoids and 10 polyphenolic flavonoids with two maps, and myricetin and GC were hit by map I. Three hydroxyl groups of B-ring in myricetin and gallo moiety of GC formed important hydrogen bonds with hATPase. 7-OH of A-ring in myricetin and OH group of catechin moiety in GC are hydrogen bond donors similar to gallate moiety in EGCG. From these results, it can be proposed that myricetin and GC can be potent inhibitors of hATPase. This study will be helpful to understand the mechanism of inhibition of hATPase by EGCG and give insights to develop potent inhibitors of hATPase.
Ki, Mi-Ran;Yun, Soon-Kyu;Lim, Wang-Jin;Hong, Bum-Shik;Hwang, Se-Young
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.9
no.4
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pp.414-421
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1999
Helicobacter pylori were found to be resistant to azide but sensitive to vanadate, suggesting that defect in the P-type ATPase activity rather than F-type ATPase would be lethal to cell survival or growth. To elucidate the relationship between this enzyme inhibition and H. pylori death, we determined the effect of omeprazole (OMP) plus vanadate on enzyme activity and cell growth. The minimum inhibitory concentration (MIC; ca. 0.8$\mu$mol/disk) of vanadate for H. pylori growth was lowered over l0-fold with the aid of OMP, whereby its inhibitory potential toward the P-type ATPase activity was diametrically increased. Alternatively, we found that this enzyme activity was essential for active transport in H. pylori. From these observations, we strongly suggest that the immediate cause of the growth inhibition of H. pylori cells with OMP and/or vanadate might be defective in the cell's active transport due to the lack of P-type ATPase activity. From the spectral data with circular dichroism (CD) spectroscopy, we found that activated OMP (OAS) at concentration below MIC did not disrupt helical structures of membrane proteins. Separately, we determined the cytopathic effect of OAS by SDS-PAGE, indicating the change in the production of cytoplasmic protein but not cell membrane.
The effect of vanadate on the optimum pH of Na-K-ATPase was investigated. The results were as follows: 1) The optimum PH of Na-K-ATPase was shifted from PH 7.4 to 6.8 at 10 mM K by $5{\times}10^{-6}M$ vanadate. 2) The ratio of Na-K-ATPase activity at pH 6.8 and 7.4 increased with increasing vanadate concentration. 3) Inspite of the presence of $5{\times}10^{-6}M$ vanadate Na-K-ATPase activity at pH 7.4 was higher than that at pH 6.8 below 50 mM $Na^+$, and the ratio of Na-K-ATPase activity at pH 7,4 and 6.8 was higher than that of the control. 4) Na-K-ATPase activity at pH 7.4 was higher than that at pH 6.8 below 7mM $K^+$. 5) Optimum pH of Na-K-ATPase activity was shifted from pH 7.4 to 6.8 by $10^{-5}M$ vanadate at 5 mM $K^+$. 6) $K^+$-pNPPase activity increased with lowering of pH, and the degree of inhibition of $K^+$-pNPPase activity by $10^{-7}$M vanadate was decreased with lowering of pH. These results suggest that vanadate shifts the optimum pH of Na-K-ATPase activity to more acidic PH than PH 7.4. This effect may not be caused by the decrease in the inhibitory potency of vanadate itself to Na-K-ATPase by the change of medium pH, but mainly by the alteration of Na-and K-binding site, which appears in the presence of vanadate only.
The effects of ginseng saponin on the activity, phosphorylation, [$^{3}$H] ouabain binding and light scattering (disruption) of purified $Na^{+}$ ,$K^{+}$ -ATPase isolated from the outer medulla of sheep kidney were compared to those of gypsophila saponin, sodium dodecylsulfate (SDS), and Triton X-100 on the same parameters. $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase activity, phosphorylation, and [$^{3}H$] ouabain binding were inhibited by ginseng saponin (triol>total>diol), SDS, or Triton X-100, but increased by gypsophila saponin. Low doses of ginseng saponin (3.mu.g saponin/.mu.g protein) decreased phosphorylation sites and ouabain binding site concentration (Bmax) without any change of turnover number and affinity for ouabain binding which were decreased by high dose of ginseng saponin (over 10.mu.g saponin/.mu.g protein), SDS or Triton X-100. On the other hand, gypsophila saponin increased the affinity without any change of Bmax for ouabain binding. Inhibition of $Na^{+}$ ,$K^{+}$ -ATPase activity by ginseng saponin and SDS or Triton X-100 appeared before and after decrease in light scattering, respectively. These data suggest that ginseng saponins (total, diol, triol saponin) inhibit $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase activity by specific direct and general detergent action at low and high concentrations, respectively, and this inhibitory action of ginseng sapornin to $Na^{+}$ , $K^{+}$ -ATPase is not general action of all saponins.
Furo[3,2-h]quinoline derivatives were synthesized as a gastric $H^+$/$K^+$-ATPase inhibitors. The oxycyclization of 7 and 8-positions in quinoline potentiated the inhibitory activity, while no significant changes in biological activity were observed by the variation of substituents in furan ring. The several furo[3,2-h]quinoline derivatives were worthy of in vivo investigation for their anti-secretory and anti-ulcer activity.
Vacuolar (H$^{+}$)-ATPase (V-ATPase) is an intracellular protein which consists of multiple subunits. It carries out acidification by pumping protons in the cell. This enzyme has also been found in the synaptic vesicles and may play an important role in the neurotransmission. We cloned cDNA fragments encoding the 16 kDa subunit of V-ATPase from the rat brain by RT-PCR and PCR using total RNA or recombinant phage DNA as templates. They contained the full coding sequences (468 bp) and one nucleotide at 3' region turned out to be different (A to C) when compared to the liver counterpart. However, this polymorphic difference did not cause any significant change in the primary structure of the protein because both GCA and GCC code for alanine. Our study would contribute to the understanding of the function of 16 M)a V-ATPase in the brain and of the mechanisms of neurotransmission.
Studies on the effects of vanadate for Na-K-ATPase activity were carried out with rabbit renal cortex. 1) Na-K-ATPase activity was inhibited with the concentrations of vanadate in incubation medium. The vanadate concentration at which activity was inhibited by 50%$(ID_{50})$ was $10^{-6}M$ and Hill coefficient was 1.00. 2) The fractional inhibition by constant concentration of vanadate decreased with increasing enzyme concentration. 3) Increasing $K^+$ and $Na^+$ concentrations in incubation medium diminished the ability to inhibit Na-K-ATPase by vanadate whereas increasing $K^+$ and $Mg^{2+}$ concentrations potentiated the inhibition of Na-K-ATPase by vanadate. 4) Vanadate didn't inhibit Na-K-ATPase at pH 6.6. Increasing pH potentiated the inhibition of Na-K-ATPase activity. 5) Vanadate inhibited Na-K-ATPase activity reversibly in all range of concentrations in dilution experiment. These results show that vanadate inhibits Na-K-ATPase activity with interacting at $KE_2$ state reversibly.
Everted membrane vesicles of Helicobacter pylori were prepared and the membrane-resided ATPases were characterized. For comparison, Escherichia coli membrane ATPases and hog gastric mucosal H,K-ATPase were employed. ATPase assay revealed that the composite enzyme pool was relatively low in specific activities, below 1/10 times than that found in E. coli. According to their inhibitory specificities, most of the ATPase pool appeared to belong to the P-type ATPase, sensitive to vanadate but not to azide. The enzyme pool was extraordinarily resistant against treatment by N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCCD). Certain monovalent cations, e.g., $K^+$ or $NH_4^{+}$ stimulated the whole enzyme pool only in the presence of $Mg^{2+}$. On the contrary, $Ni^{2+}$ and $Zn^{2+}$ increased enzyme activity rather effectively without the aid of $Mg^{2+}$. Under a defined condition employed, H. pylori cells could retain the membrane ATPase pool to the extent of $17{\%}$ at pH 3.2. Moreover, its activity was most stable in acidic conditions (pH 5.4-6.4). However, cytoplasmic or peripheral ATPase pools were hardly detected under acidity (below pH 4.6).
Bushra, Rashid;Nikhat, Manzoor;M., Amin;Luqman A., Khan
Animal cells and systems
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v.8
no.4
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pp.307-312
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2004
Fast kinetics of transient pH changes and difference spectrum formation have been investigated following mixing of ADP/ATP with partially purified plasma membrane PM-ATPase of the pathogenic yeast Candida albicans in the presence of five nutrients: glucose, glutamic acid, proline, lysine, and arginine and two analogs of glucose: 2-deoxy D-glucose and xylose. Average $H^+$- absorption to release ratio, indicative of population of ATPase undergoing complete hydrolytic cycle, was found to be 0.27 for control. This ratio varied between 0.25 (proline) to 0.36 (arginine) for all other compounds tested, except for glucose. In the presence of glucose, $H^+$- absorption to release ratio was exceptionally high (0.92). While no UV difference spectrum was observed with ADP, mixing of ATP with ATPase led to a large conformational change. Exposure to different nutrients restricted the magnitude of the conformational change; the analogs of glucose were found to be ineffective. This suppression was maximal in the case of glucose (80%); with other nutrients, the magnitude of suppression ranged from 40-50%. Rate of $H^+$- absorption, which is indicative of E~P complex dissociation, showed positive correlation with suppression of conformational change only in the case of glucose and no other nutrient/analog. Mode of interaction of glucose with plasma membrane $H^+$-ATPase thus appears to be strikingly distinct compared to that of other nutrients/analogs tested. The results obtained lead us to propose a model for explaining glucose stimulation of plasma membrane $H^+$-ATPase activity.
In order to characterize the effects of heavy metal ions on the microsomal ATPase activities, microsomes were prepared from the roots of tomato plant and the activity of microsomal ATPase was measured by an enzyme-coupled assay. $Hg^{2+}$ inhibited the activity of microsomal ATPase in a dose-dependent manner, while $Gd^{3+}$, $Fe^{3+}$, $La^{3+}$, $Zn^{2+}$, and $Pb^{2+}$ inhibited not only the ATPase activity but also the activities of enzymes used in the assay. However, $Cs^+$ and $Ba^{2+}$ showed no significant effect. $Hg^{2+}$ inhibited the activities of both plasma membrane and vacuolar membrane $H^+-ATPases$. In the dose-response to $Hg^{2+}$, the activities of both microsomal $H^+-ATPases$ were severely inhibited at the concentration of $Hg^{2+}$ above $10\;{\mu}M$ and were completely inhibited at 1 mM $Hg^{2+}$. Apparent Ki values of $Hg^{2+}$ on the inhibitions of plasma membrane and vacuolar membrane $H^+-ATPases$ were $80\;{\mu}M$ and $58\;{\mu}M$, respectively. The $Hg^{2+}$-induced inhibitions were reversible since the addition of dithiothreitol completely reversed the inhibitory effects of $Hg^{2+}$. These results suggest that the inhibitory effects of $Hg^{2+}$ on both plasma, membrane and vacuolar membrane $H^+-ATPases$ are nonselective and reversible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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