Park, Jong-Hwan;Lee, Hyun-Young;Roh, Soon-Chang;Kim, Hae-Yeong;Yang, Young-Mok
BMB Reports
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제33권5호
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pp.396-401
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2000
A differential display method is used to identify novel genes whose expression is affected by treatment with ferric ammonium citrate (FAC) or desferrioxamine (DFO), an iron chelating agent in the human hepatoblastoma cell line (HepG2). These chemicals are known to deplete or increase the intracellular concentration of iron, respectively. Initially, we isolated seventeen genes whose expressions are down- or up regulated by the treatment of the chemicals, as well as their four differentially expressed genes that are designated as clone-1, -2, -3, and -4. These are further characterized by cDNA sequencing and Northern blot analysis. Through the cDNA sequencing, as well as comparing them to genes published using the NCBI BLAST program, we identified the sequence of the clone-1 that is up-regulated by the treatment of DFO. It is identical to the human insulin-like growth factor binding protein-1 (IGFBP-1). This suggests that the IGFBP-1 gene in the HepG2 cell is up-regulated by an iron depletion condition. Also, the expression of the clone-3 and -4 is up-regulated by FAC treatment and their eDNA sequences are identical to the human ferritin-fight chain and human NADH-dehydrogenase, respectively. However, the sequence of the clone-2 has no significant homology to any other known gene. Therefore, we suggest that changes of the cellular iron level in the HepG2 cell affects the transcription of cellular genes. This includes human IGFBP-1, ferritin-fight chain, and NADH-dehydrogenase. Regulation of these gene expressions may have an important role in cellular functions that are related to cellular iron metabolism.
The mitochondrial genome of domesticated silkworm (Bombyx mori) was mapped with five restriction endonucleases (BamHI, EcoRI, HindIII, PstI and XbaI), the entire genome was cloned with HindIII and EcoRI. From the end sequencing results of 5$^1$and 3$^1$region for full genome set of eleven mitochondrial clones, the seven mitochondrial genes (NADH dehydrogenase 6, ATPase 6, ATPase 8, tRN $A^{Lys}$, tRN $A^{Asp}$, tRN $A^{Thr}$ and tRN $A^{Phe}$ of mori were identified on the basis of their nucleotide sequence homology. The nucleotide composition of NADH dehydrogenase 6 was heavily biased towards adenine and thymine, which accounted for 87.76%. On basis of the sequence similarity with published tRNA genes from six insect species, the tRN $A^{Lys}$, tRN $A^{Asp}$ and tRN $A^{Thr}$ were showed stable canonical clover-leaf tRNA structures with acceptible anticodons. However, both the DHU and T$\psi$C arms of tRN $A^{Phe}$ could not form any stable stem-loop structure. The two overlapping gene pairs (tRN $A^{Lys}$ -tRN $A^{ASP}$ and ATPase8-ATPase6) were found from our sequencing results. The genes are encoded on the same strad. ATPase8 and ATPase6 overlaps (ATGATAA) which are a single example of overlapping events between abutted protein-coding genes are common, and there is evidence that the two proteins are transcribed from a single bicistronic message by initiation at 5$^1$terminal start site for ATPase8 and at an internal start site for ATPase6. Ultimately, this result will provide assistance in designing oligo-nucleotides for PCR amplification, and sequencing the specific mitochondrial genes for phylogenetics of geographic races, genetically improved silkworm strains and wild silkworm (mandarina) which is estimated as ancestal of domesticated silkworm.sticated silkworm.
This study was conducted to validate the theoretical feasibility of a technique to identify biomarkers in Korean native black pig (KNP) and a commercial Landrace breed. Using two-dimensional electrophoresis, we found six proteins (NADH dehydrogenase Fe-S protein 1, an unnamed protein product, similar to T-complex protein 1, annexin V = CaBP33 isoform, fatty acid-binding protein, and catechol O-methyltransferase), which appeared in KNP alone. We raised polyclonal antibodies (used as the primary antibody) for Western blotting to confirm the characteristics of the six KNP proteins. As a result, catechol O-methyltransferase, annexin V = CaBP33 isoform, and the unnamed protein product presented thicker bands in KNP than those in Landrace. Moreover, catechol O-methyltransferase was shown to be more feasible as a biomarker for KNP. However, cross-reactivity was observed with the polyclonal antibodies for KNP and the other three proteins (NADH dehydrogenase, a protein similar to T-complex protein 1, and fatty acid-binding protein). This study only showed limited results from a limited number of animals; however, our research suggests possibilities for future studies.
에탄올 생산 세균 Zymomonas mobilis에서 에탄올 생산 경로의 핵심으로 작용하는 효소인, pyruvate decarboxylase(pdc) 유전자의 불활성 실험을 통해, PDC 활성이 50% 감소된 PDC 활성 변형균주가 분리되었다. 이러한 균주들의 에탄올 탄소대사 흐름이 고부가가치 화합물인 피루브산, 숙신산 및 젖산 등으로 전환되는지를 발효 실험을 통해 평가하였다. 하지만 pdc의 발현을 중지시키기 위해 cat-삽입형-pdc와 pdc-결손형 아형 유전자를 전기천공법을 이용해 야생형 균주 ZM4의 염색체에 이식하기 위한 다수의 시도에도 불구하고, 이러한 방법을 통해 분리된 균주들은 대부분 부분적 유전자 불활성 특성을 보였으며, PDC 활성이 완전히 손실된 삭제 돌연변이 균주를 획득할 수는 없었다. PDC활성이 변형된 돌연변이 균주의 발효 실험에서, 야생형 균주와 비교 시 감소된 PDC 효소 활성의 변화로 인해 기질 흡수율과 에탄올 생산율이 감소되어 피루브산 생산이 약 2.5 g l-1 정도로 증가함을 확인하였으나, 젖산과 숙신산의 생산에 현저한 농도 변화를 보이지 못했다. 이러한 결과는 Z. mobilis의 산화환원 에너지가 PDC 효소 활성에 의한 에탄올 생산 경로에 전적으로 의존하여 발생한다는 것을 암시하였다. 상기 결과를 토대로 pdc 유전자의 완전한 불활성 유도와 산화환원 에너지의 균형은, 젖산 생산을 위한 lactate dehydrogenase, 숙신산 생산을 위한 pyruvate dehydrogenase와 malic enzyme과 같은 효소의 활성 증가를 통해, 세포내 NAD와 NADH 농도의 산화환원 균형이 이루어져야 발생할 수 있음을 시사하였다.
미토콘드리아는 가시광선의 조사에 의해 그 고유한 생화학적 기능에 저해를 받게 되며 그것은 주로 파장 영역 $350{\sim}500nm$의 청색광이 유발하는 광역학적 작용(photodynamic action)의 결과라는 가정을 입증하는 자료를 수집하였다. 미토콘드리아막에 결합되어 있는 전자전달계효소들 중에서 NADH dehydrogenase, succinate dehydrogenase, 및 cytochrome c oxidase의 광저해(photoinhibition)를 조사하였던 바, 모든 효소들이 청색광에 의해 상대적으로 심한 활성상실을 보였다. NADH dehydrogenase의 FMN과 cytochrome c oxidase의 heme group은 산소가 관여하는 photosensitizer(photodynamic sensitizer)임에 반해, succinate dehydrogenase의 FAD는 sensitizer로서의 기능을 보이지 않는 대신 Fe-S center가 산소와 무관한 photosensitizer일 것이라고 해석되었다. heme group에 들어 있는 Fe도 역시 산소와 무관한 광화학반응에 어느 정도 기여하리라고 추정되는 결과도 얻었다. 미토콘드리아 전체로 볼 때 생리적 활성저해에 가장 크게 기여하는 가시광은 산소존재 조건하의 청색광이였고, 그 저해기작에는 active oxygens가 관여되어 있다는 것을 $O_2$의 분석을 통해 확인하였다. 한편 active oxygens의 생성은 미토콘드리아막의 과산화를 초래하였으며, 역시 청색광/$O_2$조건에서 그 정도가 가장 심하였다.
Human microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1) catalyzes the conversion of prostaglandin $H_2$ ($PGH_2$) into prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$). To establish a stable and efficient method to assess the activity of mPGES-1, a coupled enzyme assay system using mPGES-1, 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (15-PGDH) and phosphomolybdic acid (PMA) was developed. In this assay system, $PGH_2$ was converted to $PGE_2$ by mPGES-1, and then $PGE_2$ was further transformed to the 15-keto-$PGE_2$ by 15-PGDH accompanying the production of NADH, which was easily detected by fluorescence spectrometry in a multi-well plate format. During the reaction, spontaneous oxidation of $PGH_2$ was prevented by PMA. Using this novel assay, the $K_m$ value of mPGES-1 for $PGH_2$ and the $IC_{50}$ value of the previously characterized inhibitor, MK-886, were determined to be 0.150 mM and $2.8\;{\mu}M$, respectively, which were consistent with the previously reported values. In addition, low backgrounds were observed in the multi-wall plate screening of chemical compounds.
Cytoplasmic $\alpha$-glycerol-3-phosphate dehydrogenase from fruit-bat-breast muscle was purified by ion-exchange and affinity chromatography. The specific activity of the purified enzyme was approximately 120 units/mg of protein. The apparent molecular weight of the native enzyme, as determined by gel filtration on Sephadex G-100 was $59,500{\pm}650$ daltons; its subunit size was estimated to be $35,700{\pm}140$ by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The true Michaelis-Menten constants for all substrates at pH 7.5 were $3.9{\pm}0.7\;mM$, $0.65{\pm}0.05\;mM$, $0.26{\pm}0.06\;mM$, and $0.005{\pm}0.0004\;mM$ for L-glycerol-3-phosphate, $NAD^+$, DHAP, and NADH, respectively. The true Michaelis-Menten constants at pH 10.0 were $2.30{\pm}0.21\;mM$ and $0.20{\pm}0.01\;mM$ for L-glycerol-3-phosphate and $NAD^+$, respectively. The turnover number, $k_{cat}$, of the forward reaction was $1.9{\pm}0.2{\times}10^4\;s^{-1}$. The treatment of the enzyme with 5,5'-dithiobis-2-nitrobenzoic acid (DTNB) under denaturing conditions indicated that there were a total of eight cysteine residues, while only two of these residues were reactive towards DTNB in the native enzyme. The overall results of the in vitro experiments suggest that $\alpha$-glycerol-3-phosphate dehydrogenase of the fruit bat preferentially catalyses the reduction of dihydroxyacetone phosphate to glycerol-3-phosphate.
Acetoin (AC) is a volatile platform compound with various potential industrial applications. AC contains two stereoisomeric forms: (3S)-AC and (3R)-AC. Optically pure AC is an important potential intermediate and widely used as a precursor to synthesize novel optically active materials. In this study, chiral (3R)-AC production from meso-2,3-butanediol (meso-2,3-BD) was obtained using recombinant Escherichia coli cells co-expressing meso-2,3-butanediol dehydrogenase (meso-2,3-BDH), NADH oxidase (NOX), and hemoglobin protein (VHB) from Serratia sp. T241, Lactobacillus brevis, and Vitreoscilla, respectively. The new biocatalyst of E. coli/pET-mbdh-nox-vgb was developed and the bioconversion conditions were optimized. Under the optimal conditions, 86.74 g/l of (3R)-AC with the productivity of 3.61 g/l/h and the stereoisomeric purity of 97.89% was achieved from 93.73 g/l meso-2,3-BD using the whole-cell biocatalyst. The yield and productivity were new records for (3R)-AC production. The results exhibit the industrial potential for (3R)-AC production via whole-cell biocatalysis.
Biomass is originally photosynthesized from inorgainic compounds such as $CO_2$, minerals, water and solar energy. Recent studies have shown that anaerobic bacteria have the ability to convert recalcitrant biomass such as cellullosic or chitinoic materials to useful compounds. The biomass containing agricultural waste, unutilized wood and other garbage is expected to utilize as feed, food and fuel by microbial degradation and other metabolic functions. In this study we isolated several anaerobic, cellulolytic and chitinolytic bacteria from rumen fluid, compost and soil to study their related enzymes and genes. The anaerobic and cellulolytic bacteria, Clostridium thermocellum, Clostridium stercorarium, and Clostridium josui, were isolated from compost and the chitinolytic Clostridium paraputrificum from beach soil and Ruminococcus albus was isolated from cow rumen. After isolation, novel cellulase and xylanase genes from these anaerobes were cloned and expressed in Escherichia coli. The properties of the cloned enzymes showed that some of them were the components of the enzyme (cellulase) complex, i.e., cellulosome, which is known to form complexes by binding cohesin domains on the cellulase integrating protein (Cip: or core protein) and dockerin domains on the enzymes. Several dockerin and cohesin polypeptides were independently produced by E. coli and their binding properties were specified with BIAcore by measuring surface plasmon resonance. Three pairs of cohesin-dockerin with differing binding specificities were selected. Two of their genes encoding their respective cohesin polypeptides were combined to one gene and expressed in E. coli as a chimeric core protein, on which two dockerin-dehydrogenase chimeras, the dockerin-formaldehyde dehydrogenase and the dockerin-NADH dehydrogenase are planning to bind for catalyzing $CO_2$ reduction to formic acid by feeding NADH. This reaction may represent a novel strategy for the reduction of the green house gases. Enzymes from the anaerobes were also expressed in tobacco and rice plants. The activity of a xylanase from C. stercorarium was detected in leaves, stems, and rice grain under the control of CaMV35S promoter. The digestibility of transgenic rice leaves in goat rumen was slightly accelerated. C. paraputrificum was found to solubilize shrimp shells and chitin to generate hydrogen gas. Hydrogen productivity (1.7 mol $H_2/mol$ glucos) of the organism was improved up to 1.8 times by additional expression of the own hydrogenase gene in C. paraputrficum using a modified vector of Clostridiu, perfringens. The hydrygen producing microflora from soil, garbage and dried pelletted garbage, known as refuse derived fuel(RDF), were also found to be effective in converting biomass waste to hydrogen gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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