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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제23권1호
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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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제3권2호
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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.
Cathepsin은 리소좀에 존재하는 효소로, 엔도좀-리소좀 경로를 통하여 손상된 단백질의 분해를 유도한다. 이러한 cathepsin은 활성화되는 촉매 잔기 위치(catalytic residue site)에 따라 cysteine, aspartate, serine cathepsin으로 나뉜다. 다양한 암세포에서 cysteine cathepsin은 유전자 증폭이나 전사, 번역, 전사 후 단계를 통해 높은 발현을 유지한다. 특히 cathepsin S의 경우, 다른 cysteine cathepsin과 달리 중성 pH 환경에서도 안정적으로 활성도를 유지하며 특정 조직에서 발현이 제한적이라는 특징을 가지고 있기 때문에 질병의 미세환경에서 중요한 역할을 한다. 면역세포에서의 cathepsin S는 불변 사슬(invariant chain)을 분해하여 항원 제시에 중요한 MHC class II의 활성화를 통해 면역 반응을 조절하며, 암세포에서의 cathepsin S는 전이와 혈관신생을 조절함으로써 암세포의 성장을 증가시키는 역할을 한다. Cathepsin S의 발현 조절에 문제가 생기면 암, 관절염, 심혈관 질환을 포함한 많은 병리학적 현상에 영향을 미친다. 특히 암세포에서 cathepsin S의 발현 억제와 결함은 혈관신생을 억제시킬 뿐만아니라, 암세포의 성장과 전이를 감소시키고 세포사멸을 유도한다. 따라서, cathepsin S는 암 치료에 있어 좋은 표적이 될 수 있다.
Kaur, Lovedeep;Hui, Seah Xin;Morton, James D.;Kaur, Ramandeep;Chian, Feng Ming;Boland, Mike
한국축산식품학회지
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제41권4호
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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.
라이소좀은 산성가수분해 효소를 가진 세포 내 소기관으로 단백질 및 고분자를 분해한다. 영양분 상태에 따라 세포 내 다양한 신호 전달 경로를 조절하는 신호 경로 중추로, 세포 항상성 조절에 중요한 역할을 한다. 따라서 이러한 라이소좀의 기능 이상은 라이소좀 저장질환, 퇴행성 신경질환 및 암을 발생시킬 수 있다. 암세포에서는 다양한 자극에 의한 lysosomal membrane permeabilization (LMP)가 일어날 수 있으며, 카텝신과 같은 라이소좀 내 효소 및 내용물이 세포질로 유출되어 다양한 형태의 라이소좀 의존적인 암세포사멸을 유도한다. 본 보고에서는 LMP 증가를 통한 다양한 형태의 세포사멸 유도 기전 및 항암제 민감성 증진에 대해 서술하였다. 미미한 LMP 유도는 일부 카텝신이 세포질로 유출되어 전형적인 세포사멸(apoptosis)을 일으키는 반면 강력한 LMP 유도는 라이소좀의 파열로 많은 카텝신 및 활성산소의 유출로 non-apoptotic 세포사멸을 일으킨다. 이러한 LMP 유도는 라이조솜 내에 포획된 항암제가 세포질로 유출되어 다른 타겟 소기관으로 작용하여 항암제에 대한 내성을 극복하고 민감성을 증진시킬 수 있다. 따라서, LMP 유도제 및 라이소좀 항성 작용제(lysosomotropic agent)에 의한 라이소좀 막 분열은 종양치료에 있어 새로운 전략이 될 수 있다.
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.
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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