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Neuro-Restorative Effect of Nimodipine and Calcitriol in 1-Methyl 4-Phenyl 1,2,3,6 Tetrahydropyridine-Induced Zebrafish Parkinson's Disease Model

  • Myung Ji Kim; Su Hee Cho; Yongbo Seo; Sang-Dae Kim; Hae-Chul Park; Bum-Joon Kim
    • Journal of Korean Neurosurgical Society
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    • 제67권5호
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    • pp.510-520
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    • 2024
  • Objective : Parkinson's disease (PD) is one of the most prevalent neurodegenerative diseases, characterized by the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The treatment of PD aims to alleviate motor symptoms by replacing the reduced endogenous dopamine. Currently, there are no disease-modifying agents for the treatment of PD. Zebrafish (Danio rerio) have emerged as an effective tool for new drug discovery and screening in the age of translational research. The neurotoxin 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) is known to cause a similar loss of dopaminergic neurons in the human midbrain, with corresponding Parkinsonian symptoms. L-type calcium channels (LTCCs) have been implicated in the generation of mitochondrial oxidative stress, which underlies the pathogenesis of PD. Therefore, we investigated the neuro-restorative effect of LTCC inhibition in an MPTP-induced zebrafish PD model and suggested a possible drug candidate that might modify the progression of PD. Methods : All experiments were conducted using a line of transgenic zebrafish, Tg(dat:EGFP), in which green fluorescent protein (GFP) is expressed in dopaminergic neurons. The experimental groups were exposed to 500 μmol MPTP from 1 to 3 days post fertilization (dpf). The drug candidates : levodopa 1 mmol, nifedipine 10 μmol, nimodipine 3.5 μmol, diethylstilbestrol 0.3 μmol, luteolin 100 μmol, and calcitriol 0.25 μmol were exposed from 3 to 5 dpf. Locomotor activity was assessed by automated tracking and dopaminergic neurons were visualized in vivo by confocal microscopy. Results : Levodopa, nimodipine, diethylstilbestrol, and calcitriol had significant positive effects on the restoration of motor behavior, which was damaged by MPTP. Nimodipine and calcitriol have significant positive effects on the restoration of dopaminergic neurons, which were reduced by MPTP. Through locomotor analysis and dopaminergic neuron quantification, we identified the neuro-restorative effects of nimodipine and calcitriol in zebrafish MPTP-induced PD model. Conclusion : The present study identified the neuro-restorative effects of nimodipine and calcitriol in an MPTP-induced zebrafish model of PD. They restored dopaminergic neurons which were damaged due to the effects of MPTP and normalized the locomotor activity. LTCCs have potential pathological roles in neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. Zebrafish are highly amenable to high-throughput drug screening and might, therefore, be a useful tool to work towards the identification of disease-modifying treatment for PD. Further studies including zebrafish genetic models to elucidate the mechanism of action of the disease-modifying candidate by investigating Ca2+ influx and mitochondrial function in dopaminergic neurons, are needed to reveal the pathogenesis of PD and develop disease-modifying treatments for PD.

닭 기도 상피세포의 1차 배양과 유전자 재조합 바이러스의 감염 특성 연구 (Primary Culture of Chicken Tracheal Epithelial Cells and Study on Those Characters for Recombinant Virus Infection)

  • 박미나;장현준;금대호;최진애;류재규;변승준;박종주;지주영;이경태;김태헌;이현정
    • 한국가금학회지
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    • 제40권4호
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    • pp.299-304
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    • 2013
  • 닭에서 기도 상피세포는 호흡기 관련 질병 연구에 있어 제한된 외부 환경 및 조건하에 동물 생체 외 실험을 진행할 수 있다는 점에서 중요한 연구재료로써 이용될 수 있다. 최근에 쥐, 인간, 햄스터 등에서 상피세포의 1차 배양 방법이 확립되었으며, 닭에서도 초기 바이러스 감염 경로 기관에 대한 병독성을 진단하고, 감염 메커니즘을 규명하기 위해서 기도 상피세포 배양 방법의 확립이 절실히 요구되고 있다. 본 연구에서는 20일령 병아리의 기도 내 상피세포층에서 기도 상피세포를 분리하였으며, 분리된 기도 상피세포의 1차 배양을 수행하였을 때 전형적인 기도 상피세포의 형태인 섬모를 관찰할 수 있었고, 15일에서 20일 이상 배양 시에도 그 형태를 유지할 수 있다는 사실을 확인하였다. 또한 상피세포 마커 유전자(retinoic acid responder, FGF-binding protein, virus activating protease(VAP))를 이용하여 배양된 기도 상피세포에서 기도 상피세포 특이적인 유전자가 섬유아세포주에 비하여 높게 발현한다는 사실을 확인하였다. 마지막으로 1차 배양된 기도 상피세포의 ND 바이러스 감수성을 알아보기 위하여 각각 0.1 MOI와 1 MOI의 ND 바이러스를 1차 배양된 기도 상피세포에 체외 감염시켰을 때, 12.6%와 48.2%의 감염율을 보였다. 또한 섬유아세포주에 1 MOI의 ND 바이러스를 감염시켰을 때 13.5% 감열율을 보여, 1차 배양된 기도 상피세포가 ND 바이러스에 3배 이상 높은 바이러스 감수성을 나타내는 결과를 확인하였다. 그러므로 본 연구는 향후 닭에서 바이러스성 호흡기 질환의 감염 경로 및 메커니즘을 연구하고, 나아가 질병의 예방 및 치료에 있어서 중요한 기초자료로써 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

An International Collaborative Program To Discover New Drugs from Tropical Biodiversity of Vietnam and Laos

  • Soejarto, Djaja D.;Pezzuto, John M.;Fong, Harry H.S.;Tan, Ghee Teng;Zhang, Hong Jie;Tamez, Pamela;Aydogmus, Zeynep;Chien, Nguyen Quyet;Franzblau, Scott G.;Gyllenhaal, Charlotte;Regalado, Jacinto C.;Hung, Nguyen Van;Hoang, Vu Dinh;Hiep, Nguyen Tien;Xuan, Le Thi;Hai, Nong Van;Cuong, Nguyen Manh;Bich, Truong Quang;Loc, Phan Ke;Vu, Bui Minh;Southavong, Boun Hoong
    • Natural Product Sciences
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    • 제8권1호
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    • pp.1-15
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    • 2002
  • An International Cooperative Biodiversity Group (ICBG) program based at the University of Illinois at Chicago initiated its activities in 1998, with the following specific objectives: (a) inventory and conservation of of plants of Cuc Phuong National Park in Vietnam and of medicinal plants of Laos; (b) drug discovery (and development) based on plants of Vietnam and Laos; and (c) economic development of communities participating in the ICBG project both in Vietnam and Laos. Member-institutions and an industrial partner of this ICBG are bound by a Memorandum of Agreement that recognizes property and intellectual property rights, prior informed consent for access to genetic resources and to indigenous knowledge, the sharing of benefits that may arise from the drug discovery effort, and the provision of short-term and long-term benefits to host country institutions and communities. The drug discovery effort is targeted to the search for agents for therapies against malaria (antimalarial assay of plant extracts, using Plasmodium falciparum clones), AIDS (anti-HIV-l activity using HOG.R5 reporter cell line (through transactivation of the green fluorescent protein/GFP gene), cancer (screening of plant extracts in 6 human tumor cell lines - KB, Col-2, LU-l, LNCaP, HUVEC, hTert-RPEl), tuberculosis (screening of extracts in the microplate Alamar Blue assay against Mycobacterium tuberculosis $H_{37}Ra\;and\;H_{37}Rv),$ all performed at UIC, and CNS-related diseases (with special focus on Alzheimer's disease, pain and rheumatoid arthritis, and asthma), peformed at Glaxo Smith Kline (UK). Source plants were selected based on two approaches: biodiversity-based (plants of Cuc Phuong National Park) and ethnobotany-based (medicinal plants of Cuc Phuong National Park in Vietnam and medicinal plants of Laos). At mc, as of July, 2001, active leads had been identified in the anti-HIV, anticancer, antimalarial, and anti- TB assay, after the screening of more than 800 extracts. At least 25 biologically active compounds have been isolated, 13 of which are new with anti-HIV activity, and 3 also new with antimalarial activity. At GSK of 21 plant samples with a history of use to treat CNS-related diseases tested to date, a number showed activity against one or more of the CNS assay targets used, but no new compounds have been isolated. The results of the drug discovery effort to date indicate that tropical plant diversity of Vietnam and Laos unquestionably harbors biologically active chemical entities, which, through further research, may eventually yield candidates for drug development. Although the substantial monetary benefit of the drug discovery process (royalties) is a long way off, the UIC ICBG program provides direct and real-term benefits to host country institutions and communities.

메탄올 자화효모 Hansenula polymorpha에서의 재조합 단백질 분비발현을 위한 인체 혈청 알부민 융합단편의 활용 (Use of Human Serum Albumin Fusion Tags for Recombinant Protein Secretory Expression in the Methylotrophic Yeast Hansenula polymorpha)

  • 송지혜;황동현;오두병;이상기;권오석
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제41권1호
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    • pp.17-25
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    • 2013
  • 메탄올 자화효모 Hansenula polymorpha에서 분비 발현이 잘 된다고 보고된 인체 혈청 알부민(human serum albumin, HSA)을 융합단편으로 사용하여 외래 재조합 단백질을 효과적으로 분비 발현할 수 있는 발현시스템을 개발하고자 하였다. 이때 조작의 용이성 및 발현 효율 제고를 위하여 전장의 HSA 뿐만 아니라 세 종류의 각기 다른 크기의 HSA 단편을 설계하여 융합단편으로 사용하였다. 즉 HSA의 N-말단으로 부터 각기 137, 172, 320, 608개 아미노산을 갖는 융합단편 HSAft (1-4)를 제작하였다. 아울러 발현되는 HSA 단편의 검출 및 분리정제를 위한 His8-tag, HSA 융합단편과 외래 단백질간의 유연성을 부여하기 위한 2조의 $Gly_4Ser_1$ linker, 융합 발현된 타겟 단백질을 HSA 단편으로부터 용이하게 분리하기 위한 담배식각바이러스 단백질분해효소(tobacco etch virus protease, Tev) 인지 서열, 타겟 단백질 유전자를 클로닝하기 위한 멀티 클로닝 사이트(multiple cloning site, MCS)서열, 그리고 타겟 재조합 단백질의 발현 검출 및 정제를 위한 Strep-tag을 포함하는 작용기 도메인을 발현카세트 기본 골격에 포함시켰다. 이렇게 구축된 4종의 HSA 융합단편 분비발현 벡터를 H. polymorpha에 형질전환한 후 각 융합단편의 발현을 조사한 결과 HSAft 단편 3, 4의 발현을 확인할 수 있었다. 녹색형광단백질 유전자 ($GFP_{uv}$)를 상기 벡터에 클로닝한 후 H. polymorpha에 도입한 결과 형질 전환체 모두에서 녹색형광단백질의 발현을 관찰 할 수 있었다. 해당 세포로부터 분비되거나 세포내에 발현되는 HSA 단편 융합 형광단백질의 발현양을 비교한 결과 HSAft 단편 4에 융합된 경우를 제외하고 나머지 경우 모두에서 세포 파쇄액과 세포 배양액 양쪽에서 해당 HSA 단편 융합 형광단백질의 발현을 확인 할 수 있었다. 한편 HSA 융합단편의 크기에 따라 자체 혹은 타겟 단백질과 융합된 형태의 단백질 분비 발현 정도가 달라지는 것은 해당 단백질의 접힘이나 단백질 분해효소에 대한 민감성 등 여러 변수에 의한 것으로 사료되며 따라서 본 연구에서 개발한 H. polymorpha용 HSA 융합단편 분비발현 시스템은 특정 외래 재조합 단백질의 효율적인 분비발현 융합단편의 선별 및 과발현 시스템 구축에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

인체 구강암 세포주에서 Docosahexaenoic acid에 의한 세포독성 기전 (Cytotoxic Mechanism of Docosahexaenoic Acid in Human Oral Cancer Cells)

  • 홍태화;김훈;신소연;;정소연;임현;윤동혁;정기은;이명렬;박종일;권기량;박승길;황병두;임규
    • 생명과학회지
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    • 제23권5호
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    • pp.689-697
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    • 2013
  • 오메가-3 지방산은 많은 암에서 세포독성을 나타낸다고 보고 되어 왔으나 구강암에 대한 연구는 전혀 없다. 이에 본 연구에서는 구강암세포에서 오메가-3 지방산 중 DHA의 세포독성 기전을 규명하여 다음과 같은 결과를 얻었다. DHA는 구강암 세포주 SCC-4 및 SCC-9의 증식을 농도 의존적으로 억제하였으며, FACS 분석, TUNEL assay 및 PARP cleavage 등에 의해 자가사멸을 유도함이 확인 되었다. 또한 DHA는 LC-3II 단백증가, GFP-LC-3 dot 형성 및 autophagic flux assay 등에 의해 자가포식도 유도됨이 규명되었다. SCC-9 세포에서 AMPK의 인산화는 DHA 에 의해 증가 하였으나, p-$AKT^{Thr308}$, p-$AKT^{Ser473}$ 및 mTOR단백양은 감소하였다. 이상의 결과로 DHA는 구강암세포에서 AMPK 활성증가 및 AKT 억제에 통한 mTOR 신호경로 차단에 따른 자가사멸 및 자가포식에 의해 세포독성을 나타낼 수 있음을 시사하며, 따라서 DHA는 구강암의 예방 및 치료에 유용하게 사용될 수 있으리라 생각된다.