The modification of CYP2E1 activity is of considerable interest because of its role in the metabolic activation of a variety of toxic chemicals. In the present studies, the time-course of changes in human CYP2E1 activities was determined after treatment with ethanol, glycerol, 4-methylpyrazole or isoniazid using intact HepG2 cells transfected by human CYP2E1. Hydroxylation of chlorzoxazone was chosen for the measurement of CYP2E1 activity. CYP2E1 protein levels were increased upon cultivation of cells in the presence of ethanol, glycerol, 4-methylpyrazole or isoniazid for 24 hr. After 24 hr cultivation, ethanol or glycerol increased CYP2E1 activities, whereas 4-methylpyrazole or isoniazid inhibited. This different effect of the chemical inducers on CYP2E1 activi-ties persisted to subsequent 24 hr. Competitive inhibition study suggested that 4-methylpyrazole or isoniazid has stronger binding affinity to CYP2E1 than ethanol or glycerol. These results demonstrate that different binding affinity of the chemical inducers to the active site of CYP2E1 plays important role in determining real CYP2E1 activity in intact cells after treatment with the chemical inducers. Present study would be helpful in precise understanding of human CYP2E1-mediated toxicity.
We have previously shown that 2,4,3',5'-tetramethoxystilbene (TMS), a synthetic trans-stilbene analogue, is one of the most potently selective inhibitor of human cytochrome P450 1B1 in vitro and in vivo. In the present studies, the apoptotic effects of TMS were investigated in HL-60 cells. The effects of TMS on the proliferation of HL-60 cells were determined with MTT assay. TMS exhibited cytotoxicity with an $IC_50$ value of 37 nM. Cotreatment with TMS and etoposide, a well-known anticancer drug significantly enhanced the cytotoxicity. (omitted)
Jeong-Hoon Kim;Chan Mi Park;Hae Chan Jeong;Gyeong Han Jeong;Gun Su Cha;Sungbeom Lee;Chul-Ho Yun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.3
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pp.725-734
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2024
CYP102A1 from Bacillus megaterium is an important enzyme in biotechnology, because engineered CYP102A1 enzymes can react with diverse substrates and produce human cytochrome P450-like metabolites. Therefore, CYP102A1 can be applied to drug metabolite production. Terpinen-4-ol is a cyclic monoterpene and the primary component of essential tea tree oil. Terpinen-4-ol was known for therapeutic effects, including antibacterial, antifungal, antiviral, and anti-inflammatory. Because terpenes are natural compounds, examining novel terpenes and investigating the therapeutic effects of terpenes represent responses to social demands for eco-friendly compounds. In this study, we investigated the catalytic activity of engineered CYP102A1 on terpinen-4-ol. Among CYP102A1 mutants tested here, the R47L/F81I/F87V/E143G/L188Q/N213S/E267V mutant showed the highest activity to terpinen-4-ol. Two major metabolites of terpinen-4-ol were generated by engineered CYP102A1. Characterization of major metabolites was confirmed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), gas chromatography-MS, and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Based on the LC-MS results, the difference in mass-to-charge ratio of an ion (m/z) between terpinen-4-ol and its major metabolites was 16. One major metabolite was defined as 1,4-dihydroxyp-menth-2-ene by NMR. Given these results, we speculate that another major metabolite is also a mono-hydroxylated product. Taken together, we suggest that CYP102A1 can be applied to make novel terpene derivatives.
We evaluated the potential of 20 herbal medications (HMs), commonly used in Korea, to inhibit the catalytic activities of several cytochrome P450 (CYP) isoforms. The abilities of 500 ${\mu}g/ml$ of aqueous extracts of 20 HMs to inhibit phenacetin O-deethylation (CYP1A2), coumarin 6-hydroxylation (CYP2A6), bupropion hydroxylation (CYP2B6), rosiglitazone hydroxylation (CYP2C8), tolbutamide 4-methylhydroxylation (CYP2C9), S-mephenytoin 4'-hydroxylation (CYP2C19), dextromethorphan O-demethylation (CYP2D6), chlorzoxazone 6-hydroxylation (CYP2E1), and midazolam 1'-hydroxylation (CYP3A) were tested using human liver microsomes. The HMs Woohwangcheongsimwon suspension and Hwanglyeonhaedok-Tang strongly inhibited CYP2B6 and CYP2D6 isoform activity, respectively. These results suggest that some of the HMs used in Korea have potential to inhibit CYP isoforms in vitro. Although the plasma concentrations of the active constituents of the HMs were not determined, some herbs could cause clinically significant interactions because the usual doses of those individual herbs are several grams of freeze-dried extracts.
Proteins secreted from bifidobacteria are believed to play important roles in human intestines via interacting with different host cells. In this respect, proteins secreted from Bifidobacterium pseudocatanulatum BP1, which has been rarely studied, were analyzed by two-dimensional gel electrophoresis (2DE). Using this approach, approx-imately 21 protein spots on a 2DE gel were detected and 10 of these spots were identified by mass spectrometry. Five spots were identified as hypothetical proteins and the remaining 5 spots were identified as a putative iron-side-rophore binding lipoprotein, a short-chain dehydrogenase/reductase SDR, an exonuclease, cytochrome P450 hydroxylase, and a putative dehydrogenase. The identification of secreted putative iron-siderophore binding lipoprotein was highly interesting since it is an important protein that is involved in ferric iron uptake in pathogenic bacteria. This finding could accelerate studies on the probiotic effect of Bifidobacterium by explaining the competition between bifidobacteria and intestinal pathogens for ferric iron.
Drug metabolism mostly occurs in the liver. Cytochrome P450 (CYP) is a drug-metabolizing enzyme that is responsible for many important drug metabolism reactions. Recently, the US FDA and EU EMA have suggested that CYP enzyme induction can be measured by both enzymatic activity and mRNA expression. However, these experiments are time-consuming and their interassay variability can lead to misinterpretations of the results. To resolve these problems and establish a more powerful method to measure CYP induction, we determined CYP induction by using luminescent assay. Luminescent CYP assays link CYP enzyme activity to firefly luciferase luminescence technology. In this study, we measured the induction of CYP isozymes (1A2, 2B6, 2C9, and 3A4) in cryopreserved human hepatocytes (HMC424, 478, and 493) using a luminometer. We then examined the potential induction abilities (unknown so far) of mesalazine, a drug for colitis, and mosapride citrate, which is used as an antispasmodic drug. The results showed that mesalazine promotes CYP2B6 and 3A4 activities, while mosapride citrate promotes CYP1A2, 2B6, and 3A4 activities. Luminescent CYP assays offer rapid and safe advantages over LC-MS/MS and qRT-PCR methods. Furthermore, luminescent CYP assays decrease the interference between the optical properties of the test compound and the CYP substrates. Therefore, luminescent CYP assays are less labor intensive, rapid, and can be used as robust tools for high-throughput CYP screening during early drug discovery.
Aim: It is well known that polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) such as benzo (a) pyrene have carcinogenic properties and may cause many types of cancers in human populations. Genetic susceptibility might be due to variation in genes encoding for carcinogen metabolizing enzymes, such as cytochrome P-450 (CYP450). Our study aimed to investigate the effect of genetic polymorphisms of CYP1A1 (m1 and m2) on genetic damage in 115 coal-tar workers exposed to PAHs at their work place. Methods: Genetic polymorphisms of CYP1A1 were determined by the PCR-RFLP method. Comet and buccal micronucleus assays were used to evaluate genetic damage among 115 coal tar workers and 105 control subjects. Results: Both CYP1A1 m1 and CYP1A1 m2 heterozygous and homozygous (wt/mt+mt/mt) variants individually as well as synergistically showed significant association (P<0.05) with genetic damage as measured by tail moment (TM) and buccal micronuclei (BMN) frequencies in control and exposed subjects. Conclusion: In our study we found significant association of CYP1A1 m1 and m2 heterozygous (wt/mt)+homozygous (mt/mt) variants with genetic damage suggesting that these polymorphisms may modulate the effects of PAH exposure in occupational settings.
Lee, Beom Jun;Lee, Sook Jin;Kim, Tae Myoung;Kim, Dae Joong;Nam, Sang Yoon;Hyun, Sang Hwan;Kang, Jong Koo;Hong, Jin Tae;Kim, Cheul Kyu;Yun, Young Won
Korean Journal of Veterinary Research
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v.44
no.4
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pp.507-513
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2004
Aflatoxins are produced mainly by Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus that grow in improperly stored cereals. Aflatoxin B1 ($AFB_1$) is a potent hepatocarcinogen in a variety of experimental animals including human beings. In spite of a high attention to the hepatocarcinogenecity of $AFB_1$, the relative toxicity of aflatoxins ($AFB_2$ and $AFG_1$) is not fully clarified. Sprague-Dawley male rats were orally administered with $AFB_1$, $AFB_2$, and $AFG_1$ at the dose of 250 ${\mu}g/kg$ (additionally including a dose of $1250{\mu}g/kg $ for $AFB_1$) body weight. Animals were then killed at 12, 24 or 48 hrs following aflatoxin exposure. Subsequently the immunohistochemical examination of p53, cytochrome p450 1A1 (CYP450 1A1), and glutathione-S-transferase placental form (GST-P) were performed. The level of the 8-OxodG in the liver was determined. Expressions of CYP450 1A1 and p53 were high in the liver of rats through 48 hrs after treatment of $AFB_1$ at the single dose of $250{\mu}g/kg $. This pattern was more clear as increasing doses. The treatment of $AFB_2$ and $AFG_1$ did not affect the expression of CYP450 1A1 but it caused weak expression of p53. The activity of GST were not found in the liver of rats treated with aflatoxins. The formation of 8-OxodG by $AFB_1$ increased in a dose-dependent manner up to 24 hrs after a single treatment of $AFB_1$ thereafter decreased to the level of control. The treatment of $AFB_2$ and $AFG_1$ did not affect the levels of 8-OxodG in the liver of rats with increasing time. These results in the present study indicate that $AFB_1$ among aflatoxins with low comparable levels is the most toxic as determined by early biomarkers such as CYP450 1A1, p53, GST-P, and 8-OxodG.
In order to assess the possibility whether CYP2D is involved in caffeine metabolism, we have purified and characterized the rat liver microsomal cytochrome P4502D1 (CYP2D1), equivalent to CYP2D6 in human liver, and have utilized the reconstituted CYP2D1 in the metabolism of 4 primary caffeine (1, 3, 7-trimethylxanthine) metabolites such as paraxanthine (1, 7-dimethylxanthine), 1, 3, 7-trimethylurate, theophylline (1, 3-dimethylxanthine) and theobromine (3, 7-dimethylxanthine). Rat liver CYP 2D1 has been purified to a specific content of 8.98 nmole/mg protein (13.4fold purification, 1.5% yield) using $\omega$-aminooctylagarose, hydroxlapatite, and DE52 columns in a sequential manner. As judged from sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), the purified CYP2D1 was apparently homogeneous. Molecular weight of the purified CYP2D1 was found to be 51, 000 Da. Catalytic activity of the purified and then reconstituted CYP2D1 was confirmed by using bufuralol, a known subsFate of CYP2D1. The reconstituted CYP2D1 was found to produce to 1-hydroxylbufuralol at a rate of 1.43$\pm$0.13 nmol/min/nmol P450. The kinetic analysis of bufuralol hydroxylation indicated that Km and Vmax values were 7.32$\mu M$ and 1.64 nmol/min/nmol P450, respectively. The reconstituted CYP2D1 could catalyze the 7-demethylation of PX to 1-methylxanthine at a rate of 12.5 pmol/min/pmol, and also the 7- and 3- demethylations of 1, 3, 7-trimethylurate to 1, 3-dimethylurate and 1, 7-dimethylurate at 6.5 and 12.8 pmol/min/pmol CYP2D1, respectively. The reconstituted CYP2D1 could also 3-demethylate theophylline to 1-methylxanthine at 5 pmol/min/pmol and hydroxylate the theophylline to 1, 3-dimethylurate at 21.8 pmol/min/pmol CYP2D1. The reconstituted CYP2D1, however, did not metabolize TB at all (detection limits were 0.03 pmol/min/pmol). This study indicated that CYP2D1 is involved in 3-and 7-demethylations of paraxanthine and theophylline and suggested that CYP2D6 (equivalent to CYP2D1 in rat liver) present in human liver may be involved in the secondary metabolism of the primary metabolites of caffeine.
Lee, Eung Ji;Kang, Hana;Hwang, Bo Byeol;Lee, Young Min;Chung, Yong Ji;Kim, Eun Mi
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.47
no.1
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pp.75-84
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2021
In this study, we investigated inhibitory effect of Tripeptide against particulate matter (PM)-induced damage in human keratinocytes. PM-induced cell death was inhibited by Tripeptide and the activity of aryl hydrocarbon receptor (AhR) also inhibited by Tripeptide resulting in reduced expression of its downstream targets, cytochrome P450 family 1 subfamily A member 1 (CYP1A1) and cyclooxygenase-2 (COX-2), which are responsible for toxic metabolites production and inflammation. Furthermore, PM-induced expressions of pro-inflammatory cytokines, matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) and apoptosis-related factors were decreased by anti-oxidant activity of Tripeptide. From these results, it has been shown that the Tripeptide has protective effect against PM-induced skin damage not only through the inhibiting of keratinocyte death but also through the inhibiting the secretion of several damage-inducing factors to adjacent skin tissue. And the results suggested that Tripeptide with anti-pollution effect could be applied as a new functional cosmetic material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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