We synthesized eight G8 molecular transporters (MTs) based on 4 different monosaccharide scaffolds, and studied their biological properties with a special focus on possible mitochondrial targeting and tissue selectivity. The mitochondrial affinity of these MTs was found to be clearly related to the scaffold stereochemistry and also tenuously with the lipophilicity. It may be suggested that in the practical delivery strategy of drugs for the brain and mitochondrial diseases the BBB permeability and mitochondrial affinity should be considered as key parameters, and that an enhanced mitochondrial affinity appears possible by further research on the structure-property relationship of guanidine-rich molecular transporters.
We prepared several novel molecular transporters built on myo- and scyllo-inositol scaffolds with variations in the number of guanidine residues, linker chain lengths and patterns. Some of these transporters were found to localize in mitochondria, and the mitochondrial affinity seems to be substantially related to the scaffold stereochemistry.
Rat brain succinic semialdehyde dehydrogenase (EC 1.2.1.24 SSADH) activity was detected in mitochondrial, cytosolic and microsomal fractions. Brain mitochondrial soluble SSADH was purified by ammonium sulfate precipitation, DEAE Sephacel, and 5'-AMP Sepharose 4B affinity chromatography. The purified enzyme was shown to consist of four identical subunits, and the molecular weight of a subunit was 55 kD. The $K_m$ for short chain aliphatic aldehydes and aromatic aldehydes were at the $10^{-3}M$ level but that for succinic semialdehyde was 2.2 ${\mu}M$. Either $NAD^+$ or $NADP^+$ can be used as a cofactor but the affinity for $NAD^+$ was 10 times higher than that for $NADP^+$. The brain cytosolic SSADH was also purified by ammonium sulfate precipitation, DEAE Sephacel, Blue Sepharose CL-6B and 5'-AMP Sepharose 4B affinity chromatography and its Km for short chain aliphatic aldehydes was at the $10^{-3}$ level but that for succinic semialdehyde was 3.3 ${\mu}M$. $NAD^+$ can be used as a cofactor for this enzyme. We suppose that both enzyme might participate in the oxidation of succinic semialdehyde, which is produced during GABA metabolism. The activity of both cytosolic and mitochondrial SSADH was markedly inhibited when the concentration of succinic semialdehyde was high. The reciprocal plot pattern of product inhibition and initial velocity indicated a sequential ordered mechanism for mitochondrial matrix SSADH. Chemical modification data suggested that amino acid residues such as cysteine, serine and lysine might participate in the SSADH reaction.
Zhu, Zhu;Li, Ruimei;Qin, Wei;Zhang, Hantao;Cheng, Yao;Chen, Feiyan;Chen, Cuihua;Chen, Lin;Zhao, Yunan
Journal of Ginseng Research
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제46권6호
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pp.750-758
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2022
Background: Mild cognitive impairment (MCI) is a transitional condition between normality and dementia. Ginseng is known to have effects on attenuating cognitive deficits in neurogenerative diseases. Ginsenosides are the main bioactive component of ginseng, and their protein targets have not been fully understood. Furthermore, no thorough analysis is reported in ginsenoside-related protein targets in MCI. Methods: The candidate protein targets of ginsenosides in brain tissues were identified by drug affinity responsive target stability (DARTS) coupled with label-free liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis. Network pharmacology approach was used to collect the therapeutic targets for MCI. Based on the above-mentioned overlapping targets, we built up a proteineprotein interaction (PPI) network in STRING database and conducted gene ontology (GO) enrichment analysis. Finally, we assessed the effects of ginseng total saponins (GTS) and different ginsenosides on mitochondrial function by measuring the activity of the mitochondrial respiratory chain complex and performing molecular docking. Results: We screened 2526 MCI-related protein targets by databases and 349 ginsenoside-related protein targets by DARTS. On the basis of these 81 overlapping genes, enrichment analysis showed the mitochondria played an important role in GTS-mediated MCI pharmacological process. Mitochondrial function analysis showed GTS, protopanaxatriol (PPT), and Rd increased the activities of complex I in a dose-dependent manner. Molecular docking also predicted the docking pockets between PPT or Rd and mitochondrial respiratory chain complex I. Conclusion: This study indicated that ginsenosides might alleviate MCI by targeting respiratory chain complex I and regulating mitochondrial function, supporting ginseng's therapeutic application in cognitive deficits.
The NADH-cytochrome b5 reductase (NCBR), a mitochondrial external electron carrier, was purified from bovine heart and turnip and their properties were examined. The mitochondrial outer membranes separated were subjected to NCBR isolation through DEAE-Cellulose ion exchange, DEAE-Sephadex gel chromatography, and hydroxyapatite adsorption chromatography. These processes yielded the purification folds of 88 and 42 and the recovery percentages of 0.2%, 5.67% for turnip and bovine heart, respectively. The molecular weight of the NCBR from the two sources was estimated to be 35,000 using SDS polyacrylamide gel electrophoresis. The Michaelis constant Km and maximum velocity Vmax were determined by measuring the NADH-ferricyanide redox system as well as the NADPH-ferricyanide redox system. The kinetics showed that both NCBRs had higher affinities for NADH than artificial electron-acceptor substrate ferricyanide. Although NADPH had a lower affinity for the enzymes than NADH, this study showed the 2'-phosphate dinucleotide could be used as a substrate.
Kim, So-Young;Kim, Chang-Bae;Kim, Ik-Soo;Park, Jong-Young;Park, Ho-Yong
Animal cells and systems
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제6권1호
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pp.45-51
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2002
We compared the complete mitochondrial cytochrome b gene sequences of Korean and European cobitids to provide independent evidence for assessment of systematic and biogeographic relationships of species in the genus Cobitis. The data suggested monophyly of the genus Cobitis and the inclusion of Korean Cobitis species within the group having one lamina circularis, a primitive condition. Also, all the phylogenetic analyses using maximum parsimony, maximum likelihood, and neighbor joining methods showed a monophyletic relationship among Cobitis. The basal position of the Caspian C. cf. sibirica reported here reflects the eastern Asiatic origin cf. the European Cobitis and establishes C. cf. sibirica as an independent lineage. The Korean C. pacifica diverged next to C. cf. sibirica in basal group from the genus Cobitis. This result is in agreement with the hypothesized Asiatic origin of some European freshwater fish lineages. The phylogenetic relationships in this study showed a close affinity between C. zanadreai and C. sinensis. Two new species, C. tetralineata and C. pacifica in Korea also are closely related to monophyletic group clustering the type species of the Acanestrinia subgenus (C. elongata) with all the endemic Italian species (C. bilineata and C. zanandreai). This may suggest that the affinity between the Korean and Danubian-Italian imply genetic convergence or genetic plesiomorphic state between allopatric species that are separated for the Miocene. The mtDNA-based phylogeny for the species of the genus Cobitis from Kores and Europe permits phylogenetic assessment of the morphological transitions of Iamina circularis.
암컷 Aedes aegypti의 난성숙과장에서 새로 나타나는 malate dehydrogenase(L-malate, $NAD^+$ oxidoreductase, EC 1.11.37, MDH)를 DEAE-Sepharose, Sulphonyl-Sepharose, Cibacron 3FGA affinity chromatography를 이용하여 분리정제하여 그 특성을 조사하였다. 분자량은 70,000 dalton정도의 dimer 형태로 되어 있으며 최적 pH는 malate-oxaloacetate반응에서는 pH 9.0~9.2, oxaloacetate-malate 반응에서는 pH 9.8~10.2이었다. 정재된 MDH는 mitochondria에 위치하고 있으며 기질로서 malate에 대한 Km값의 경우 $1.29 \times 10^{-4}$ M, oxaloacetate에 대한 Km 값은 $6.58\times 10^{-4}$M, NAD에 대한 Km값은 $0.76\times 10^{-3}$ M이며 NADH에 대한 Km 값은 $3.8\times 10^{-3}$ M 을 보이고 있으며 각각의 기질에 의한 저해현상을 보이고 있었다. 기질에 대한 Km값을 부분적으로 분리한 DEAE-sepharose에 흡착된 원형질 MDH와 비교한 결과 malate에 대한 Km 이 $8.92\times 10^{-3}$으로 상당한 차이를 보이고 있었다. 또한 정제된 MDH는 cltrate, $\alpha$-ketoglutarate, ATP 등의 대사산물에 의하여 저해작용을 받았다. ATP 및 citrate에 의한 MDH 활성도 저해는 oxaloacetate-malate반응에서 보다는 malate-oxaloacetate 반응에서 덜 일어났다. Oxaloacetate-malate 반응의 경우 ATP에 의하여저해작용이 완전히 일어났으며 malate-oxaloacetate반응에서는 cltrate에 의하여 저해작용이 일어나지 않았다. 흡혈 후 생성되는 MDH는 난소에서 합성되며 흡혈 수 난소에서 18시간 때부터 활성도가 나타나 48시간 이후 최고 활성도가 유지되는데 TCA회로의 isocitrate dehydrogenase 의 경우 난소내에서의 활성도 변화가 MDH의 변화 양상과 같았다.
표고버섯의 mitochondria에 금속 chelating agent인 10 mM EDTA 및 10 mM o-Phe을 포함하는 10 mM Tris-HCl 완충용액(pH 7.5)으로 48시간 동안 각각 투석처리 하였을 때 mitochondria 내의 철 이온 함량이 투석처리를 하지 않은 대조구에 비하여 각각 74% 및 68% 감소되며, mitochondrial $F_1-ATPase$의 활성도는 대조구에 비하여 각각 56% 및 49%의 활성을 상실하였다. EDTA 투석에 의하여 활성을 상실한 metal-free mitochondrial $F_1-ATPase$는 $0.5\;mM\;Fe^{3+}$과 $0.05\;mM\;Mg^{2+}$에 의하여 각각 81% 및 70%의 활성이 회복되었으며, $Fe^{2+}$에 의해서는 활성이 회복되지 않았다. 또한 이 효소는 $0.5\;mM\;Fe^{3+}$와 $0.05\;mM\;Mg^{2+}$이 공존할 때 95%의 재활성화를 나타내었으며, $Fe^{2+}$와 $Mg^{2+}$의 공존 효과는 없었다. o-Phe으로 투석한 효소도 각 이온에 대하여 EDTA로 투석한 효소와 유사한 결과를 나타내었다. 그러므로, 표고버섯 내의 mitochondrial $F_1-ATPase$는 그 활성을 나타내는 데 있어서 $Fe^{3+}$ 및 $Mg^{2+}$을 필요로 함을 알았다. 기질 ATP에 대한 효소의 Km값은 1.67 mM이나, 효소를 가장 크게 활성화시키는 $0.5\;mM\;Fe^{3+}$와 $0.05\;mM\;Mg^{2+}$이 존재할 때의 Km값은 0.65 mM로서 기질 친화성이 증가되었다.
Citrate synthase 1 (mitochondrial) and citrate synthase 2 (nonmitochondrial) were purified from Saccharomyces cerevisiae. The physical and enzymatic characteristics of citrate synthase 2 were ananlyzed in comparison with citrate synthase 1. Both isoenzymes were shown to be dimeric proteins of identical subunits, and the molecular weights of the subunits were estimated to be 48.3kDa for citrate synthase 1 and 47.0kDa for citrate synthase 2, respectively. The optimal pH value for enzyme activity was pH 7.5 for both isoenzymes. However, the optimal temperature for the activity was strikingly different; while the activity of citrate synthase 1 reached its peak at 65.deg.C, that of citrate synthase 2 was maximal at 40.deg.C. Citrate synthase 2 showed much lower thermal and pH stability than citrate synthase 1. In addition, citrate synthase 2 was affected much more by the metal ions such as $Zn^{2+}$ , $Mn^{2+ , and $Co^{2+} than citrate synthase 1. Among the several possible regulatory metabolites tested, ATP showed the strongest inhibitory effect on both enzymes. ADP and NADH were found to have greater effect on citrate synthase 2 than on citrate synthase 1. Kinetic analysis revealed that citrate synthase 2 has approximately 7- and 3.5-fold lower affinity to acetyl CoA and to oxaloacetate, respectively, than citrate synthase 1.
Lee, Mu-Yeong;Lissovsky, Andrey A.;Park, Sun-Kyung;Obolenskaya, Ekaterina V.;Dokuchaev, Nikolay E.;Zhang, Ya-Ping;Yu, Li;Kim, Young-Jun;Voloshina, Inna;Myslenkov, Alexander;Choi, Tae-Young;Min, Mi-Sook;Lee, Hang
Molecules and Cells
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제26권6호
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pp.566-575
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2008
Twenty-five chipmunk species occur in the world, of which only the Siberian chipmunk, Tamias sibiricus, inhabits Asia. To investigate mitochondrial cytochrome b sequence variations and population structure of the Siberian chipmunk in northeastern Asia, we examined mitochondrial cytochrome b sequences (1140 bp) from 3 countries. Analyses of 41 individuals from South Korea and 33 individuals from Russia and northeast China resulted in 37 haplotypes and 27 haplotypes, respectively. There were no shared haplotypes between South Korea and Russia - northeast China. Phylogenetic trees and network analysis showed 2 major maternal lineages for haplotypes, referred to as the S and R lineages. Haplotype grouping in each cluster was nearly coincident with its geographic affinity. In particular, 3 distinct groups were found that mostly clustered in the northern, central and southern parts of South Korea. Nucleotide diversity of the S lineage was twice that of lineage R. The divergence between S and R lineages was estimated to be 2.98-0.98 Myr. During the ice age, there may have been at least 2 refuges in South Korea and Russia - northeast China. The sequence variation between the S and R lineages was 11.3% (K2P), which is indicative of specific recognition in rodents. These results suggest that T. sibiricus from South Korea could be considered a separate species. However, additional information, such as details of distribution, nuclear genes data or morphology, is required to strengthen this hypothesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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