Protein glycosylation, a highly significant and ubiquitous post-translational modification (PTM) in eukaryotic cells, has attracted considerable research interest due to its pivotal role in a wide array of essential biological processes. Conducting a comprehensive analysis of glycoproteins is imperative for understanding glycoprotein bio-functions and identifying glycosylated biomarkers. However, the complexity and heterogeneity of glycan structures, coupled with the low abundance and poor ionization efficiencies of glycopeptides have all contributed to making the analysis and subsequent identification of glycans and glycopeptides much more challenging than any other biopolymers. Nevertheless, the significant advancements in enrichment techniques, chromatographic separation, and mass spectrometric methodologies represent promising avenues for mitigating these challenges. Numerous substrates and multifunctional materials are being designed for glycopeptide enrichment, proving valuable in glycomics and glycoproteomics. Mass spectrometry (MS) is pivotal for probing protein glycosylation, offering sensitivity and structural insight into glycopeptides and glycans. Additionally, enhanced MS-based glycopeptide characterization employs various separation techniques like liquid chromatography, capillary electrophoresis, and ion mobility. In this review, we highlight recent advances in enrichment methods and MS-based separation techniques for analyzing different types of protein glycosylation. This review also discusses various approaches employed for glycan release that facilitate the investigation of the glycosylation sites of the identified glycoproteins. Furthermore, numerous bioinformatics tools aiding in accurately characterizing glycan and glycopeptides are covered.
Kim, Kyoung-Jin;Kim, Yoon-Woo;Hwang, Cheol-Hwan;Park, Han-Kyu;Jeong, Jae Hyun;Kim, Yun-Gon
KSBB Journal
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v.30
no.5
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pp.230-238
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2015
Abnormal glycosylation can significantly affect the intrinsic functions (i.e., stability and solubility) of proteins and the extrinsic protein interactions with other biomolecules. For example, recombinant glycoprotein therapeutics needs proper glycosylation for optimal drug efficacy. Therefore, there has been a strong demand for rapid, sensitive and high-through-put glycomics tools for real-time monitoring and fast validation of the biotherapeutics glycosylation. Although liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) is one of the most powerful tools for the characterization of glycan structures, it is generally time consuming and requires highly skilled personnel to collect the data and analyze the results. Recently, as an alternative method, matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-MS), which is a fast, robust and easy-to-use instrumentation, has been used for quantitative glycomics with various chemical derivatization techniques. In this review, we highlight the recent advances in MALDI-MS based quantitative glycan analysis according to the chemical derivatization strategies. Moreover, we address the application of MALDI-MS for high-throughput glycan analysis in many fields of clinical and biochemical engineering.
Although Euonymus alatus (EA) has been used as traditional medicine for cancer treatment, exact substances involved in curing of the disease are not yet known. Free radical scavenging and reactive oxygen species (ROS) removal activities of aqueous extract components isolated from winged stem of EA in animal cell line were investigated. Aqueous extract of EA (AEEA) was fractionated by ultrafiltration. All fractions mainly consisted of polysaccharide (44.8%), protein (2.1%), small amounts of phenol compounds and organic acids. Antioxidant activity of AEEA increased depending on concentration fractions, as determined by 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl method. ROS removal activity was visualized in Chinese hamster ovary cell line using laser scanning confocal microscope, and AEEA activity increased in order of F IV>F III>F I>F II. These results suggest AETA has bioactive carbohydrates with potentials as functional foods and antioxidants.
Al-Sanea, Mohammad M.;El-Deeb, Ibrahim M.;Lee, So Ha
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.2
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pp.437-442
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2013
A new series of 4-(2-(substituted)pyridin-4-yl)-3-(3-methoxy-5-methylphenyl)-1H-pyrazoles (4a-f) and their 1,2-isoxazole analogues (5a-f) has been rationally designed, synthesized and screened against both ROS and MAPK14 kinases. Compounds 4b, 4c and 4e showed moderate inhibitions against both ROS and MAPK14 kinases. Compound 4e has showed the strongest inhibitions with IC50 values of 1.25 ${\mu}M$ and 3.00 ${\mu}M$ against ROS and MAPK14 kinases, respectively. A brief structure-activity relationship study and a molecular modeling study were made revealing a group of essential structural features for good kinase inhibitory activity within this new class of kinase inhibitors.
Seo, Youngsuk;Kim, Unyong;Oh, Myung Jin;Yun, Na Young;An, Hyun Joo
Mass Spectrometry Letters
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v.6
no.3
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pp.53-58
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2015
Recombinant erythropoietins (EPOs) are an important class of biotherapeutics that stimulate red blood cell production. The quality, safety, and potency of EPO variants are determined largely by their glycosylation, which makes up nearly half their mass. Thus, detailed glycomic analyses are important to assess biotherapeutic quality and establish the equivalency of biosimilar EPOs now coming to market. High-resolution mass spectrometry (MS) has recently emerged as the premier tool for glycan analysis in EPOs. Using the accurate mass measurements provided by high-resolution MS, the compositions of even large, complex glycans can easily be determined. When combined with a nano-LC separation, differentiation of structural isomers also becomes a possibility. These components, together, provide a comprehensive picture of biotherapeutic glycosylation. In this review, we provide an overview of MS-based analytical platform for glycomic characterization of EPO biotherapeutics and biosimilars.
Park, Byung Sun;El-Deeb, Ibrahim M.;Yoo, Kyung Ho;Han, Dong Keun;Tae, Jin Sung;Lee, So Ha
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.33
no.11
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pp.3629-3634
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2012
A series of new 4-(pyridin-4-yl)-(3-methoxy-5-methylphenyl)-1H-pyrazoles (6a-k & 7a-l) has been rationally designed based on the structure of the lead compound KIST301080, a selective ROS receptor tyrosine kinase inhibitor, in order to study the activity of ROS of this new class of inhibitors. The compounds were synthesized and screened against ROS kinase, where compound 6h showed moderate inhibitory activity with an $IC_{50}$ value of $6.25{\mu}M$. The study emphasized the importance of the acetonitrile group at the pyrazole ring and also the importance of having a hydrogen bond donor on the distal phenyl ring linked to the pyridine moiety.
The lysozymes encoded by bacteriophage T7 and K11 are both bifunctional enzymes sharing an extensive sequence homology (75%). The constructions of chimeric lysozymes were carried out by swapping the N-terminal and C-terminal domains between phage T7 and K11 lysozymes. This technique generated two chimeras, T7K11-lysozyme (N-terminal T7 domain and C-terminal K11 domain) and K11T7-lysozyme (N-terminal K11 domain and C-terminal T7 domain), which are both enzymatically active. The amidase activity of T7K11-lysozyme is comparable with the parental enzymes while K11T7-lysozyme exhibits an activity that is approximately 45% greater than the wild-type lysozymes. Moreover, these chimeric constructs have optimum pH of 7.2-7.4 similar to the parental lysozymes but exhibit greater thermal stabilities. On the other hand, the chimeras inhibit transcription comparable with the parental lysozymes depending on the source of their N-terminals. Taken together, our results indicated that domain swapping technique localizes the N-terminal region as the domain responsible for the transcription inhibition specificity of the wild type T7 and K11 lysozymes. Furthermore, we were able to develop a simple and rapid purification scheme in purifying both the wild-type and chimeric lysozymes.
Hong Sae-Yong;Lee Zee-Won;Son Tae-Ho;Chang Sung-Keun;Choi Jong-Soon
Biomedical Science Letters
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v.12
no.1
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pp.9-16
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2006
We investigated the effects of 835-MHz electromagnetic field (EMF), one of the most popular communication frequency band in Korean code-division multiple-access (CDMA) mobile phone system, on cellular signal transduction. For this, we examined the change of intracellular calcium $([Ca^{2+}]_i)$, reactive oxygen species (ROS) and F-actin polymerization after exposure to 835-MHz EMF followed by the treatment of agonists in Rat-2 fibroblast cells. Culture cells were pretreated with serum-tree medium and concomitantly exposed to 835-MHz at specific absorption rate (SAR) of 4.0 W/kg for 24 hr in a specialized designed apparatus based on Transverse Electro Magnetics (TEM) wave theory. Intracellular $Ca^{2+}$ responses to lysophosphatidic acid (LPA) and epidermal growth factor (EGF) in Rat-2 fibroblast after exposure to 835-MHz EMF were shown to be similar pattern as observed in normal cultured cells. However, the LPA-induced calcium spiking was slightly delayed to 7 sec and sustained thereafter to a little higher ground level under 835-MHz EMF radiation compared to unexposed cells. ROS production level by LPA in the exposed cells was not different from that in control. Furthermore, LPA induced the production of stress fibers with no significant difference in the exposed and unexposed cells. These results suggest that mobile phone radiation (835-MHz, SAR 4.0 W/kg) may not be directly related to signal transduction in Rat-2 fibroblasts except the slight effect of calcium spiking in LPA-induced cells but remain to be further elucidated for possible indirect intervention.
Nitric oxide (NO) affects the growth and development of plants and also affects plant responses to various stresses. Because NO induces root differentiation, we examined whether or not it is involved in increased ROS generation. Treatments with sodium nitroprusside (SNP), an NO donor, 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide (PTIO), a specific NO scavenger, and $N{\omega}-nitro-{\text\tiny{L}}-arginine$ methyl ester hydrochloride (${\text\tiny{L}}-NAME$), an NO synthase (NOS) inhibitor, revealed that NO is involved in the adventitious root growth of mountain ginseng. Supply of an NO donor, SNP, activates NADPH oxidase activity, resulting in increased generation of $O_2{^{{\cdot}-}}$, which subsequently induces growth of adventitious roots. Moreover, treatment with diphenyliodonium chloride (DPI), an NADPH oxidase inhibitor, individually or with SNP, inhibited root growth, NADPH oxidase activity, and $O_2{^{{\cdot}-}}$ anion generation. Supply of the NO donor, SNP, did not induce any notable isoforms of enzymes; it did, however, increase the activity of pre-existing bands of NADPH oxidase, superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase, and glutathione reductase. Enhanced activity of antioxidant enzymes induced by SNP supply seems to be responsible for a low level of $H_2O_2$ in the adventitious roots of mountain ginseng. It was therefore concluded that NO-induced generation of $O_2{^{{\cdot}-}}$ by NADPH oxidase seems to have a role in adventitious root growth of mountain ginseng. The possible mechanism of NO involvement in $O_2{^{{\cdot}-}}$ generation through NADPH oxidase and subsequent root growth is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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