Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.1
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pp.152-158
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2016
Glutamate is one of the major excitatory neurotransmitters in the central nervous system of vertebrates. Human GDH (hGDH) is the enzyme that regulates the glutamate metabolism and its expression is higher in the brains of schizophrenia patients than in normal subjects. This study examined the changes in the hGDH enzymatic activity caused by antipsychotic drugs (haloperidol, risperidone, (${\pm}$)-sulpride, chlopromazine hydrochloride, melperone, (${\pm}$)butaclamol, domperidone, clozapine) related to schizophrenia. First of all, hGDH isozymes (hGDH1, hGDH2) were synthesized by genetic recombination. As a result of the enzyme assay, haloperidol, (${\pm}$)-sulpride, melperone and clozapine had an inhibitory effect on the hGDH isozymes. In addition, haloperidol showed a non-competitive inhibition against the substrate, 2-oxoglutarate. In contrast, it showed an uncompetitive inhibition against another substrate, NADH. The inhibitory effect of haloperidol on hGDH2 was abolished by the presence of L-leucine, an allosteric effector of hGDH, but by not other antipsychotic drugs. These results revealed the inhibition of enzyme activity by psychotropic drugs in hGDH isoenzymes (hGDH1 and hGDH2) and the possibility that haloperidol may be used to regulate the GDH activity and glutamate concentration in the central nervous system.
Hyun, Jeongwoo;Abigail, Maria;Choo, Jin Woo;Ryu, Jin;Kim, Hyung Kwoun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.10
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pp.1708-1716
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2016
Glucose dehydrogenase (GDH) is an oxidoreductase enzyme and is used as a biocatalyst to regenerate NAD(P)H in reductase-mediated chiral synthesis reactions. In this study, the glucose 1-dehydrogenase B gene (gdhB) was cloned from Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki, and wild-type (GDH-BTWT) and His-tagged (GDH-BTN-His, GDH-BTC-His) enzymes were produced in Escherichia coli BL21 (DE3). All enzymes were produced in the soluble forms from E. coli. GDH-BTWT and GDH-BTN-His showed high specific enzymatic activities of 6.6 U/mg and 5.5 U/mg, respectively, whereas GDH-BTC-His showed a very low specific enzymatic activity of 0.020 U/mg. These results suggest that the intact C-terminal carboxyl group is important for GDH-BT activity. GDH-BTWT was stable up to 65℃, whereas GDH-BTN-His and GDH-BTC-His were stable up to 45℃. Gel permeation chromatography showed that GDH-BTWT is a dimer, whereas GDH-BTN-His and GDH-BTC-His are monomeric. These results suggest that the intact N- and C-termini are required for GDH-BT to maintain thermostability and to form its dimer structure. The homology model of the GDH-BTWT single subunit was constructed based on the crystal structure of Bacillus megaterium GDH (PDB ID 3AY6), showing that GDH-BTWT has a Rossmann fold structure with its N- and C-termini located on the subunit surface, which suggests that His-tagging affected the native dimer structure. GDH-BTWT and GDH-BTN-His regenerated NADPH in a yeast reductase-mediated chiral synthesis reaction, suggesting that these enzymes can be used as catalysts in fine-chemical and pharmaceutical industries.
We isolated two soluble forms of glutamate dehydrogenase isoproteins, GDH I and GDH II, from bovine brain. The regulation of GDH I and GDH II by phosphorylation and dephosphorylation has been examined in various conditions. There were dose- and time- dependent activation of the GDH isoproteins when phosphorylated by cAMP-dependent protein kinase. The phosphorylated GDH had 1.1 mol of covalently bound phosphate/mol of subunit and a 2-fold increased specific activity. The phosphorylated amino acid was identified as serine. When treated with alkaline phosphatase, the activities of the phosphorylated GDH isoproteins were reduced in dose and time dependent manner and returned to those of unphosphorylated enzymes. There were no significant differences between GDH I and GDH II in their sensitivities to the action of phosphorylation and dephosphorylation demonstrating that the microenvironmental structures of the phosphorylation site in GDH isoproteins are similar to each other, These results results suggest that the inter-conversion between less active form of brain GDH isoproteins and more active form is regulated by phosphorylation through cAMP-dependent protein kineses.
Kim, Eun-A;Yang, Seung-Ju;Choi, Soo-Young;Lee, Woo-Je;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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v.45
no.8
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pp.458-463
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2012
We investigated the mechanisms involved in KHG26377 regulation of glutamate dehydrogenase (GDH) activity, focusing on the roles of SIRT4 and SIRT3. Intraperitoneal injection of mice with KHG26377 reduced GDH activity with concomitant repression of glucose-induced insulin secretion. Consistent with their known functions, SIRT4 ribosylated GDH and reduced its activity, and SIRT3 deacetylated GDH, increasing its activity. However, KHG26377 did not affect SIRT4-mediated ADP-ribosylation/inhibition or SIRT3-mediated deacetylation/activation of GDH. KHG26377 had no effect on SIRT4 protein levels, and did not alter total GDH, acetylated GDH, or SIRT3 protein levels in pancreatic mitochondrial lysates. These results suggest that the mechanism by which KHG26377 inhibits GDH activity and insulin secretion does not involve ADP-ribosylation of GDH by SIRT4 or deacetylation of GDH by SIRT3.
In order to understand the regulation of glutamate dehydrogenase(GDH) synthesis in Brevibacterium flavum, we have isolated a mutant lacking NADP-linked GDH activity by ethlmethane sulfonate treatment. The $gdh^-$ mutant was grown on the minimal plate with 1mM ammonium chloride and not that with 300mM ammonium chloride. The cell-free extracts from $gdh^-$ mutant and prototroph were also examined with glutamine synthetase(GS) and glutamate synthase (GOGAT) production by niteogen sources. The growth of $gdh^-$ mutant in presence of 20mM ammonium chloride means that GOGAT synthesis is sufficient to allow growth in this condition. GS production of $gdh^-$ mutant as well as parental strain was induced by 1mM urea and ammonium tartrate, but it was repressed by higher concentration of ammonia, and also induced by 20mM to 50mM glutamate as a substrate. It was special attention that GOGAT synthesis from $gdh^-$ strain was more repressed by higher concentration of ammonia than prototroph as described in E. coli system.
Human glutamate dehydrogenase exists in hGDH1 (housekeeping isozyme) and in hGDH2 (nerve-specific isozyme), which differ markedly in their allosteric regulation. In the nervous system, GDH is enriched in astrocytes and is important for recycling glutamate, a major excitatory neurotransmitter during neurotransmission. Chloroquine has been known to be a potent inhibitor of house-keeping GDH1 in permeabilized liver and kidneycortex of rabbit. However, the effects of chloroquine on nerve-specific GDH2 have not been reported yet. In the present study, we have investigated the effects of chloroquine on hGDH2 at various conditions and showed that chloroquine could inhibit the activity of hGDH2 at dose-dependent manner. Studies of the chloroquine inhibition on enzyme activity revealed that hGDH2 was relatively less sensitive to chloroquine inhibition than house-keeping hGDH1. Incubation of hGDH2 was uncompetitive with respect of NADH and non-competitive with respect of 2-oxoglutarate. The inhibitory effect of chloroquine on hGDH2 was abolished, although in part, by the presence of ADP and L-leucine, whereas GTP did not change the sensitivity to chloroquine inhibition. Our results show a possibility that chloroquine may be used in regulating GDH activity and subsequently glutamate concentration in the central nervous system.
A. calcoaceticus C10 grown on cyclohexanol as sole source of carbon and energy produced cyclohexanol dehydrogenase(CDH) and glucose dehydrogenase (GDH) concomitantly. CDH and GDH were different in coenzyme, induction and electrophoretic patterns. CDH depended for activity on $NAD^+$ only, while GDH required $NAD^+$ or $NADP^+$ alternatively. CDH was produced in the medium added cyclohexanol, but GDH was produced in various media such as LB, LB added 0.2% glucose or cyclohexanol and cyclohexanol medium. Productivity of CDH in A. calcoaceticus C10 was enhanced about 8 times by the addition of 0.2% cyclohexanol to LB medium after 4 hours as much as LB medium only. Production of CDH was induced by cyclohexanol, cyclohexanone, cyclohexan-1,2-diol and cyclohexene oxide, but not induced by ${\varepsilon}-caprolactone$ and adipate.
Monoclonal antibodies against glutamate dehydrogenase (GDH) from Sulfolobus solfataricus were produced and characterized using epitope mapping and biosensor technology, Five monoclonal antibodies raised against S. solfataricus GDH were each identified as a single protein band that comigrated with purified S. solfataricus GDH on the SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and immunoblot. Epitope mapping analysis showed that only one subgroup among the antibodies tested recognized the same peptide fragments of GDH. Using the anti-S. solfataricus GDH antibodies as probes, the cross-reactivities of GDHs from various sources were investigated and it was found that the mammalian GDH is not immunologically related to S. solfataricus GDH. The structural differences between the microbial and mammalian GDHs were further investigated using biosensor technology (Pharmacia BIAcore) and monoclonal antibodies against S. solfataricus and bovine brain. The binding affinity of S. solfataricus glutamate dehydrogenase anti-S. solfataricus for GDH ($K_D$=11 nM) was much tighter than that of anti-bovine for GDH ($K_D$=450 nM). These results, together with the epitope mapping analysis, suggest that there may be structural differences between the two GDH species, in addition to their different biochemical properties.
Glutamate dehydrogenase (GDH) is one of the main enzymes involved in the formation and metabolism of the neurotransmitter glutamate. In the present study, we investigated the distribution of the GDH-immunoreactive cells in the rat brain using monoclonal antibodies against bovine brain GDH isoprotein. GDH-immunoreactive cell were distributed in the basal ganglia, thalamus and the nuclei belong to substantia innominata, and its connecting area, subthalamic nucleus, zona incerta, and substantia niqra. We could see GDH-immunoreactive cells in the hippocampus, septal nuclei associated with the limbic system, the anterior thalamic nuclei connecting between the hypothalamus and limbic system, and its associated structures, amygdaloid nuclear complex, the dorsal raphe and median raphe nuclei and the reticular formation of the midbrain. The GDH-immunoreactive cells were shown in the pyramidal neurons of the cerebral cortex, the Purkinie cells of the cerebella cortex, their associated structures, ventral thalamic nuclei and the reticular thalamic nuclei that seem to function as neural conduction in the thalamus.
Malaysian, Ajricn and Thai PZQsmodiumJnkipamm isolates were cultured in uiko by the Tracer and Jensen method (1976, 1977) and were later cloned by the limiting dilution method (Rosario, 1981), Forty-eight clones were obtained and were characterized by electrophoretic variations of GDH (NADP-dependent glutamate dehydrogenase)(EC. 1.4.1.4). It was found that they were pure clones because they possessed either GDH-1 or GDH-2 unlike their parent isolates which exhibited both GDH-1 and GDH-2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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