It is believed that two main proteolytic systems are involved in the tenderization of meat: the cathepsins and the calpains. Many researchers consider the calpain system to be the major contributor to meat tenderness during post-mortem storage. However, the role and activity of cathepsins during post-mortem storage or low temperature meat processing is unclear, particularly for the tough meat cuts like brisket. Thus, the study was designed to investigate the effects of cold (refrigerated and frozen) storage and sous vide processing on the activities of cathepsin B, H, and L in beef brisket. There were no significant changes in pH and cathepsin H activity throughout the 18 d of storage at both temperatures. However, an increase in cathepsin B activity was observed during the first 4 d at both storage temperatures, but subsequently the activity remained unchanged. Cathepsins B and L were found to be more heat stable at sous vide temperatures (50℃ for 24 h, 55℃ for 5 h and at 60℃ and 70℃ for 1 h) compared to cathepsin H. Cathepsin B+L activity was found to increase after sous vide cooking at 50℃ for 1 h but decreased to about 47% relative to the uncooked control after 24 h of cooking. These results suggest that cathepsins B and L may contribute to the improved meat tenderness usually seen in sous vide cooked brisket meat.
The design, synthesis, and biological evaluation of structurally novel N-cyanopyrazolidine and N-cyanohexahydropyridazine derivatives as cathepsin inhibitors are described. In vitro assay reveals that several compounds exhibit highly potent and selective profiles against cathepsins K or S.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.23
no.1
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pp.129-135
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2011
Cathepsins are well-characterized proteases that are ubiquitously expressed in lysosomes. Previous work revealed that $Bombyx$$mori$ cathepsins B and D are expressed in the fat body and undergo decomposition during larval-pupal metamorphosis. Quantitative RT-PCR was performed to detect cathepsin gene expression at the transcription level when challenged by $B.$$mori$ nuclear polyhedrosis virus (BmNPV), temperature and hormones (20-hydroxyecdysone (20E) and juvenile hormone analogue (JHA)). mRNAs encoding cathepsins B and D were significantly enhanced after the larvae were infected with BmNPV, and the peak of the induction appeared at 1 day before spinning. This attenuated the inducing effect on cathepsin expression caused by infection. Temperature shock induced cathepsin expression at the later stage of the $5^{th}$ instar, and transcription levels varied with development stage and temperature. Cathepsin B and D mRNA expression in the fat body were significantly induced by JHA at the day before spinning, and with 20E, the expression reached a peak at the last day of the $5^{th}$ instar. Cathepsin B and D mRNA expression exhibited detectable changes post-treatment, without significant differences between or among the hormone concentrations.
Kim, Seong-Ryul;Yoon, Hyung-Joo;Park, Nam-Sook;Lee, Sang-Mong;Moon, Jae-Yu;Jin, Byung-Rae;Sohn, Hung-Dae
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.3
no.2
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pp.121-126
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2001
A cDNA encoding a cathepsin D homologue was cloned from a cDNA library of the mulberry longicorn beetle, Apriona germari. Sequence analysis of the cDNA encoding the cathepsin D homologue of A. germari revealed that the 1,158 bp cDNA has an open reading frame of 386 amino acid residues. The deduced protein sequence of the A. germari cathepsin D homologue shows high homology with cathepsin D in insects, Aedes aegypti (68.2% amino acid similarity) and Drosophila melanogaster (67.2% amino acid similarity). Two aspartic residues and six cystein residues in the A. germari cathepsin D homologue are present at identical locations in all of the other catepsins D. Unlike cathepsins D in two insect species, A. gemari cathepsin D homologue appears to have two putative glycosylation sites, rather than one. Phylogenetic analysis revealed the A. germari cathepsin D homologue is more closely related to insect cathepsins D than to the other animal cathepsins D. Northern blot analysis suggests that A. germari cathepsin D homologue gene is expressed in most if not all, body tissues.
Cysteine cathepsins are lysosomal enzymes that belong to the papain family and can induce the degradation of damaged proteins through the endo-lysosomal pathway. It is highly upregulated in many cancers by regulating gene amplification and transcriptional, translational, and post-transcriptional modifications. Cathepsin S is part of the cysteine cathepsin family. Many studies have demonstrated that cathepsin S not only plays a specific role in MHC class II antigen presentation but also plays a crucial role in cancers. Cathepsin S is more stable at a neutral pH compared to other cysteine cathepsins, which supports the importance of cathepsin S in disease microenvironments. Therefore, the dysregulation of cathepsin S has participated in a variety of pathological processes, including cancer, arthritis, and cardiovascular disease. Furthermore, a decrease or depletion in the expression of cathepsin S has been implicated in the processes of tumor growth, invasion, metastasis, and angiogenesis. Taken together, cathepsin S has been suggested as an attractive therapeutic target for cancer therapy. In this review, the known involvement of cathepsin S in diseases, particularly with respect to recent work indicating its role in cancer therapy, is examined. An overview of current literature on the inhibitors of cathepsin S as a therapeutic target for cancer is also provided.
Kaur, Lovedeep;Hui, Seah Xin;Morton, James D.;Kaur, Ramandeep;Chian, Feng Ming;Boland, Mike
Food Science of Animal Resources
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v.41
no.4
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pp.589-607
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2021
Meat proteolytic systems play a crucial role in meat tenderisation. Understanding the effects of processing technologies and post-mortem storage conditions on these systems is important due to their crucial role in determining the quality characteristics of meat and meat products. It has recently been proposed that tenderisation occurs due to the synergistic action of numerous endogenous proteolytic systems. There is strong evidence suggesting the importance of μ-calpain during the initial post-mortem aging phase, while m-calpain may have a role during long-term aging. The caspase proteolytic system is also a candidate for cell degradation in the initial stages of conversion of muscle to meat. The role of cathepsins, which are found in the lysosomes, in post-mortem aging is controversial. Lysosomes need to be ruptured, through aging, or other forms of processing to release cathepsins into the cytosol for participation in proteolysis. A combination of optimum storage conditions along with suitable processing may accelerate protease activity within meat, which can potentially lead to improved meat tenderness. Processing technologies such as high pressure, ultrasound, and shockwave processing have been reported to disrupt muscle structure, which can facilitate proteolysis and potentially enhance the aging process. This paper reviews the recent literature on the impacts of processing technologies along with post-mortem storage conditions on the activities of endogenous proteases in meat. The information provided in the review may be helpful in selecting optimum post-mortem meat storage and processing conditions to achieve improved muscle tenderness within shorter aging and cooking times.
Lysosomes are organelles surrounded by membranes that contain acid hydrolases; they degrade proteins, macromolecules, and lipids. According to nutrient conditions, lysosomes act as signaling hubs that regulate intracellular signaling pathways and are involved in the homeostasis of cells. Therefore, the lysosomal dysfunction occurs in various diseases, such as lysosomal storage disease, neurodegenerative diseases, and cancers. Multiple forms of stress can increase lysosomal membrane permeabilization (LMP), resulting in the induction of lysosome-mediated cell death through the release of lysosomal enzymes, including cathepsin, into the cytosol. Here we review the molecular mechanisms of LMP-mediated cell death and the enhancement of sensitivity to anticancer drugs. Induction of partial LMP increases apoptosis by releasing some cathepsins, whereas massive LMP and rupture induce non-apoptotic cell death through release of many cathepsins and generation of ROS and iron. Cancer cells have many drug-accumulating lysosomes that are more resistant to lysosome-sequestered drugs, suggesting a model of drug-induced lysosome-mediated chemoresistance. Lysosomal sequestration of hydrophobic weak base anticancer drugs can have a significant impact on their subcellular distribution. Lysosome membrane damage by LMP can overcome resistance to anticancer drugs by freeing captured hydrophobic weak base drugs from lysosomes. Therefore, LMP inducers or lysosomotropic agents can regulate lysosomal integrity and are novel strategies for cancer therapy.
In order to extend the scaffold of non-peptidic calpain inhibitor, we have designed and synthesized 14 chalcone derivatives categorized into two groups based on their structures. Compounds 7 ($IC_{50}=16.67{\pm}0.42{\mu}M$) and 8 ($IC_{50}=16.92{\pm}0.14{\mu}M$) in group A were most selective ${\mu}$-calpain inhibitor over cathepsins B and L. On the other hand, compound 14 possessing furan ring exhibited inhibitory activities for ${\mu}$-calpain ($IC_{50}=15.39{\pm}1.34{\mu}M$) as well as cathepsin B ($IC_{50}=20.59{\pm}1.35{\mu}M$). The results discovered implicated that chalcone analogues possessing proper size and functional groups can be a potential lead core for selective non-peptidic ${\mu}$-calpain inhibitor. Furthermore, dual inhibitors for ${\mu}$-calpain and cathepsin B can also be developed from chalcones by elaborate structure manipulation.
The present paper describes the effects of pressure and post-mortem aging treatments on in situ proteasome activity in rabbit and bovine skeletal muscles. Synthetic peptide hydrolyzing activity of rabbit proteasomes remained in the muscle after exposure to pressures up to 100 MPa. However, when a pressure of 400 MPa or more was applied, proteasomes were markedly inactivated. The extraction of proteasomes from excessively pressurized muscle appeared to be difficult. Proteasomes in aged muscle remained relatively stable throughout the aging process, with activity after 168 h (7 days) being 35%, 48%, 53% and 31% of the 0 h post-mortem LLVY, LSTR, AAF and LLE total hydrolyzing activities, respectively. The synthetic peptide hydrolyzing activities of bovine muscle proteasomes were similar to those of rabbit skeletal muscle proteasomes. The results suggest that synthetic peptide hydrolyzing activity remains in muscle exposed to relatively low pressures. Furthermore, it is known that high-pressure treatment induces fragmentation of myofibrils, modification of actin-myosin interaction and activation of intramuscular proteinases, cathepsins and calpains. Thus, proteasomes are probably involved in the tenderization process in combination with other intramuscular proteinases under high-pressure conditions. Our findings confirmed that proteasomes play a role in meat tenderization induced by high-pressure treatment or aging.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.28
no.4
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pp.903-912
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2016
Hagfish which belongs to the chordate contact cyclostomata, is important phylogenetic relationship between vertebrate and invertebrate. Cathepsins of the cysteine protease family have traditionally been thought to play a major role in intracellular protein degradation and turnover in lysosomes. In this study, Catepsin L was cloned from Inshore hagfish (Eptatretus burgeri), the cDNA encoding ORF of the Eptatretus burgeri Cathepsin L (EbCtL) is 978 bp. The cDNA encoding proEbCtL was expressed in Escherichia coli strain BL21(DE3) using the pGEX-4T-1 expression vector system. The recombinant proEbCtL protein was overexpressed as a approximately 55 kDa fusion protein. The overproduced soluble GST-fusion protein was then applied to glutathione-Sepharose 4B column chromatography; the sample harboring the fusion protein evidenced a high degree of purity when analyzed via SDS-PAGE and Western blot analysis. Its activity was quantied by cleaving the synthetic peptide Z-FR-AMC, Z-LLE-AMC, and Suc-AAF-AMC, and the optimal pH for the protease activity was 8, 9.5, and 9, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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