Development of symbiotic root nodules in legumes involves the induction and repression of numerous genes in conjunction with changes in the level of phytohormones. We have isolated several genes that exhibit differential expression patterns during the development of soybean nodules. One of such genes, which were repressed in mature nodules, was identified as a putative aldo/keto reductase and thus named Glycine max aldo/keto reductase 1 (GmAKR1). GmAKR1 appears to be a close relative of a yeast aldo/keto reductase YakC whose in vivo substrate has not been identified yet. The expression of GmAKR1 in soybean showed a root-specific expression pattern and inducibility by a synthetic auxin analogue 2,4-D, which appeared to be corroborated by presence of the root-specific element and the stress-response element in the promoter region. In addition, constitutive overexpression of GmAKR1 in transgenic soybean hairy roots inhibited nodule development, which suggests that it plays a negative role in the regulation of nodule development. One of the Arabidopsis orthologues of GmAKR1 is the ARF-GAP domain 2 protein, which is a potential negative regulator of vesicle trafficking; therefore GmAKR1 may have a similar function in the roots and nodules of legume plants.
Aldo-keto reductase family 1 B10 (AKR1B10) is a member of the NADPH-dependent aldo-keto reductase (AKR) superfamily, and has been considered to be a potential cancer therapeutic target. Total extract from the bark of Rhus verniciflua (Toxicodendron vernicifluum (Stokes)) showed AKR1B10 inhibitory activity. To identify the active compounds from R. verniciflua responsible for AKR1B10 inhibition, nine compounds were isolated via bioactivity-guided isolation and tested for their effects against recombinant human AKR1B10 (rhAKR1B10). Results showed that butein, isolated from the ethyl acetate fraction, was most able to inhibit rhAKR1B10. The inhibitory rate of butein against rhAKR1B10 was 42.86% at $1\;{\mu}M$ with an IC50 value of $1.47\;{\mu}M$, and enzyme kinetic analysis revealed its inhibition mode to be uncompetitive.
Aldo-keto reductase family 1 B10 (AKR1B10) has been considered as a potential cancer therapeutic target. Ethanol extracts prepared from 82 Korean local plants were examined for their antioxidant activity and inhibitory effects on recombinant human AKR1B10 (rhAKR1B10) in vitro. 21 extracts showed more than 80% of ABTS radical scavenging activity at $100\;{\mu}g/mL$ and 11 extracts inhibited more than 50% of rhAKR1B10 activity at $10\;{\mu}g/mL$. Especially, 9 extracts showed potent inhibition on rhAKR1B10 activity compared with positive control tetramethylene glutaric acid.
We examined ethanol extracts prepared from 23 Korean local plants obtained in Pyeongchang, Gangwon-do for their inhibitory effects on recombinant human AKR 1 B10 (rhAKR1B10) in vitro. To do this, rhAKR1B10 was first expressed in E. coli as a biological active form and purified by using Ni-affinity chromatography followed by gel permeation chromatography. Then, rhAKR1B10 was used for screening out 23 Korean local plant extracts having an inhibitory activity against itself. Among them, six extracts showed more than 50% inhibition of rhAKR1B10 activity at the concentration of $10{\mu}g$/ml. Especially, the extracts of Ligularia fischeri var. spiciformis Nakai and Rhus trichocarpa Miq. were the most potent because their $IC_{50}$ values were 2.94 and $2.00{\mu}g$/ml, respectively.
The chemopreventive activity of sulforaphane (SFN) occurs through its inhibition of carcinogen-activating enzymes and its induction of detoxification enzymes. However, the exact mechanisms by which SFN exerts its anti-carcinogenic effects are not fully understood. Therefore, the mechanisms underlying the cytoprotective effects of SFN were examined in MCF-7 breast cancer cells. Exposure of cells to SFN (10 ${\mu}M$) induced a transcriptional change in the AKR1C3 gene, which is one of aldo-keto reductases (AKRs) family that is associated with detoxification and antioxidant response. Further analysis revealed that SFN elicited a dose- and time-dependent increase in the expression of both the NRF2 and AKR1C3 proteins. Moreover, this up-regulation of AKR1C3 was inhibited by pretreatment with antioxidant, N-acetyl-L-cysteine (NAC), which suggests that the up-regulation of AKR1C3 expression induced by SFN involves reactive oxygen species (ROS) signaling. Furthermore, pretreatment of cells with LY294002, a pharmacologic inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), suppressed the SFN-augmented Nrf2 activation and AKR1C3 expression; however, inhibition of PKC or MEK1/2 signaling with $G\ddot{o}6976$ or PD98059, respectively, did not alter SFN-induced AKR1C3 expression. Collectively, these data suggest that SFN can modulate the expression of the AKR1C3 in MCF-7 cells by activation of PI3K via the generation of ROS.
The aldo-keto reductases catalyze reduction reactions using various aliphatic and aromatic aldehydes/ketones. Most reductases require NADPH exclusively as their cofactors. However, NADPH is much more expensive and unstable than NADH. In this study, we attempted to change the five amino acid residues that interact with the 2'-phosphate group of the adenosine ribose of NADPH. These residues were selected based on a docking model of the YOL151W reductase and were substituted with other amino acids to develop NADH-utilizing enzymes. Ten mutants were constructed by site-directed mutagenesis and expressed in Escherichia coli. Among them, four mutants showed higher reductase activities than wild-type when using the NADH cofactor. Analysis of the kinetic parameters for the wild type and mutants indicated that the $k_{cat}/K_{m}$ value of the Asn9Glu mutant toward NADH increased 3-fold. A docking model was used to show that the carboxyl group of Glu 9 of the mutant formed an additional hydrogen bond with the 2'-hydroxyl group of adenosine ribose. The Asn9Glu mutant was able to produce (R)-ethyl-4-chloro-3-hydroxyl butanoate rapidly when using the NADH regeneration system.
Kim, Jin Yeong;Lee, Su Ji;Ha, Tae Joung;Park, Ki Do;Lee, Byung Won;Kim, Sang Gon;Kim, Yong Chul;Choi, In Soo;Kim, Sun Tae
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.32
no.1
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pp.48-54
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2013
BACKGROUND: Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) ranks as the 6th most planted crop in the world behind wheat, rice, maize, soybean, and barley. The objective of this study was to identify bio-marker among sorghum cultivars using proteomics approach such as two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2-DE) coupled with mass spectrometry (MS). METHODS AND RESULTS: Proteins were extracted from sorghum seed, and separated by 2-DE. Total 652 spots were detected from 4 different sorghum seed after staining of 2-DE with colloidal Coomassie brilliant blue (CBB). Among them, 8 spots were differentially expressed and were identified using MALDI-TOF/TOF mass spectrometry. They were involved in RNA metabolism (spot1, spot 4), heat shock proteins (HSPs, spot 2), storage proteins (spot 3, spot 5, and spot 6), and redox related proteins (spot 8). Eight of these proteins were highly up-regulated in Whinchalsusu (WCS). The HSPs, Cupin family protein, and Globulin were specifically accumulated in WCS. The DEAD-box helicase was expressed in 3 cultivars except for WCS. Ribonuclease T2 and aldo-keto reductase were only expressed in 3 cultivars except for Daepung-susu (DPS). CONCLUSION(S): Functions of identified proteins were mainly involved in RNA metabolism, heat shock protein (HSP), and redox related protein. Thus, they may provide new insight into a better understanding of the charactreization between the cultivars of sorghum.
Rapid accumulation of reactive oxygen species (ROS) and their toxic reaction products with lipids and proteins significantly contributes to the damage of crop plants under biotic and abiotic stresses. We have identified several stress activated alfalfa genes, including the gene of the alfalfa ferritin and a novel NADPH-dependent aldose/aldehyde reductase enzyme. Transgenic tobacco plants that synthesize alfalfa ferritin in vegetative tissues-either in its processed form in chloroplast or in the cytoplasmic non-processed form-retained photosynthetic function upon free radical toxicity generated by paraquat treatment and exhibited tolerance to necrotic damage caused by viral and fungal infections. We propose that by sequestering intracellular iron involved in generation of the very reactive hydroxyl radicals through a Fenton reaction, ferritin protects plant cells from oxidative damage. Our preliminary results with the other stress-inducable alfalfa gene (a NADPH-dependent aldo-keto reductase) indicate, that the encoded enzyme may play role in the stress response of the plant cells. These studies reveal new pathways in plants that can contribute to the increased stress resistance with a potential use in crop improvement.
By a cDNA array representing 2308 signal transduction related genes, we studied the expression profiles of HeLa cells stably transfected by Hepatitis C virus nonstructural protein 4B (HCV-NS4B). The alterations of the expression of four genes were confirmed by real-time quantitative RT-PCR; and the aldo-keto reductase family 1, member C1 (AKR1C1) enzyme activity was detected in HCV-NS4B transiently transfected HeLa cells and Huh-7, a human hepatoma cell line. Of the 2,308 genes we examined, 34 were up-regulated and 56 were down-regulated. These 90 genes involved oncogenes, tumor suppressors, cell receptors, complements, adhesions, transcription and translation, cytoskeletion and cellular stress. The expression profiling suggested that multiple regulatory pathways were affected by HCV-NS4B directly or indirectly. And since these genes are related to carcinogenesis, host defense system and cell homeostatic mechanism, we can conclude that HCV-NS4B could play some important roles in the pathogenesis mechanism of HCV.
To examine the differential protein expression pattern in the 11.5 day post-coitus (dpc) and 18.5 dpc placenta of mouse, we have used the global proteomics approach by 2-D gel electrophoresis (2-DE) and MALDI-TOF-MS. The differential protein patterns of 3 placentae at the 11.5 dpc and 18.5 dpc from nature mating mice were analyzed. Proteins within isoelectric point range of $3.0{\sim}10.0$, separately were analyzed in 2DE with 3 replications of each sample. A total of approximately 1,600 spots were detected in placental 2-D gel stained with Coomassie-blue. In the comparison of 11.5 dpc and 18.5 dpc placentae, a total of 108 spots were identified as differentially expressed proteins, of which 51 spots were up-regulated proteins such as alpha-fetoprotein, mKIAA0635 protein and transferrin, annexin A5, while 48 spots were down-regulated proteins such as Pre-B-cell colony-enhancing factor l(PBEF), aldolase 1, A isoform, while 4 spots were 11.5 dpc specific proteins such as chaperonin and Acidic ribosomal phosphoprotein P0, while 3 spots were 18.5 dpc specific proteins such as aldo-keto reductase family 1, member B7 and CAST1/ERC2 splicing variant-1. Most identified proteins in this analysis appeared to be related with catabolism, cell growth, metabolism and regulation. Our results revealed composite profiles of key proteins involved in mouse placenta during pregnancy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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