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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v.46
no.6
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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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v.6
no.1
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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.
Malate dehydrogenase in the mosquito ovary after a blood meal, Aedes aegypti, was purified and characterized. MDH purification steps involved DEAE-Sepharose, S-Sepharose and Cibacron blue affinity chromatography. The purified MDH was 70,000 daltons in molecular weight and was a homodimer consisting of tow identical subunits. Optimal activity of purified MDH was obtained pH 9.0-9.2 in malate-oxaloacetate reaction and pH 9.8-10.2, in oxaloactate-malate reaction. With obtained pH 9.0-92 in malate-oxaloacetate reaction and pH 9.8-10.2, in oxaloactate-malate reaction. With malate as substrate, purified mitochondrial MDH (1.28$\times$${10}^{-4}$ M) had lower Km value than cytoplasmic MDH (8.92x${10}^{-3}$ M). MDH activity was inhibited by citrate, $\alpha$-ketoglutarate, and ATP. Inhibition of MDH activity by ATP and citrate was less in malate-oxaloacetate reaction and in oxaloacetate-malate reaction. MDH activity was completely inhibited by ATP in oxaloacetate-malate reaction and not inhibited by citrate in malate-oxaloacetate reaction. Temporal activity change of MDH is similar to that of isocitrate dehydrogenase in the ovary after blood feeding; their activities in the ovary began to rise at 18 hours after a blood meal, and reached at the maximal level at 48 hours.
The role of metal ions for the activity of the mitochondrial $F_1-ATPase$ was studied. Removal of non-heme iron ion from the mitochondria by dialysis against chelating agents, 10 mM ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA) and 10 mM o-phenanthroline(o-Phe), led to 56% and 49% inactivation of the enzyme, respectively. The enzyme dialyzed against EDTA was reactivated 81% by the addition of 0.5 mM $Fe^{3+}$ and 70% by 0.5 mM $Mg^{2+}$. But, $Fe^{2+}$ did not reactivate the enzyme. Coexistence of 0.5 mM $Fe^{2+}$ and 0.5 mM $Mg^{2+}$ resulted in 95% reactivation of the enzyme, while $Fe^{3+}$ with 0.5 mM $Mg^{2+}$ did not reactivate the enzyme like the effect of $Fe^{2+}$ alone. The enzyme dialyzed against o-Phe showed the similar results. These data showed that $Fe^{3+}$ is predominantly required for the activity of the mitochondrial $F_1-ATPase$ in Lentinus edodes and stimulated the activity of it by $Mg^{2+}$. $Fe^{3+}$ and $Mg^{2+}$ increased enzyme's affinity for substrate, decreasing the Km value 1.67 mM to 0.65 mM.
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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v.26
no.6
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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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